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Kruskal-Wallis 檢定:當 ANOVA 的前提不滿足時

要比較三組以上的均值,ANOVA 是標準工具。但如果數據不符合常態分布、有離群值,或是順序尺度數據,Kruskal-Wallis 才是正確選擇。

情境

你想比較三個供應商的材料硬度是否有顯著差異。但 Anderson-Darling 常態性檢定顯示三組數據都不符合常態分布。ANOVA 的前提假設就是要求常態性,現在怎麼辦?

ANOVA 的前提假設

單因子 ANOVA 要求:

  • 各組數據來自常態分布
  • 各組變異數相等(同質性)
  • 獨立樣本
  • 如果前提不滿足,ANOVA 的 P 值可能不可靠。

    Kruskal-Wallis 是什麼

    Kruskal-Wallis 是 ANOVA 的無母數替代方案

    核心做法:不比較原始數值,而是把所有數據合在一起排名次(Rank),再比較各組的平均名次是否有顯著差異。

    因為只用排名,不用假設數據的分布形式。

    什麼時候用 Kruskal-Wallis

    情況建議 數據符合常態分布用 ANOVA(統計力更強) 數據明顯不符合常態用 Kruskal-Wallis 有嚴重離群值且不能移除用 Kruskal-Wallis 順序尺度(等級 1-5)用 Kruskal-Wallis 樣本數很小(n < 10)考慮 Kruskal-Wallis

    結果解讀

    H₀:所有組的中位數相同

    H₁:至少有一組的中位數不同

  • P < 0.05:至少有一組有顯著差異,再做事後比較找出是哪兩組不同
  • P ≥ 0.05:沒有足夠證據說組間有差異
  • 事後比較(Post-hoc)

    Kruskal-Wallis 顯著後,用 Dunn's test 做兩兩比較(類似 ANOVA 後的 Tukey test),並調整多重比較的 P 值(Bonferroni 或 Benjamini-Hochberg 校正)。

    無母數對照表

    問題母數方法無母數替代 比較 2 組均值t-testMann-Whitney U 比較 3+ 組均值One-way ANOVAKruskal-Wallis 配對比較Paired t-testWilcoxon Signed-Rank 相關性Pearson rSpearman ρ

    代價:統計力

    無母數方法不需要假設分布,但代價是統計力(Power)較低——在相同樣本數下,比較難偵測到真實差異。數據符合常態時,ANOVA 更好用。

    金句

    「工具箱裡有 ANOVA 也要有 Kruskal-Wallis——不是每批數據都會配合你假設它符合常態分布。」

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