Révision express

Fiches de synthèse

Une fiche par cours : le contexte en une phrase et l'essentiel à retenir, prêt à réviser.

Partie F Fondations · 4

Pourquoi deux mesures biologiques ne sont jamais identiques, et comment la statistique transforme cette variabilité en outil de décision.

À retenir

  • Le vivant varie : deux mesures ne sont jamais strictement identiques, c'est la règle, pas l'exception.
  • Trois sources de variation à distinguer : biologique (réelle, propre au sujet), de mesure (parasite, liée à la technique), d'échantillonnage (liée au fait d'observer une partie du tout).
  • L'écart-type ss résume la dispersion ; deux séries de même moyenne peuvent avoir des précisions très différentes.
  • Ne pas confondre exactitude (justesse, absence de biais) et précision (fidélité, faible dispersion) : ce sont deux qualités indépendantes.
  • La statistique ne supprime pas le hasard : elle décide sous incertitude en quantifiant le risque de se tromper. On ne prouve jamais, on parie de façon maîtrisée.
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La population qu'on veut connaître, l'échantillon qu'on observe, et le tirage au sort qui relie les deux : le modèle fondateur de l'inférence.

À retenir

  • On veut connaître une population (le tout, souvent inaccessible) à partir d'un échantillon (la partie observée).
  • Le paramètre (pp, μ\mu…) décrit la population : fixe mais inconnu. L'estimation (p^\hat{p}, xˉ\bar{x}…) décrit l'échantillon : connue mais fluctuante.
  • Le schéma de l'urne modélise ce lien : tirer au sort nn boules dans une urne de proportion pp inconnue. Chaque tirage donne un p^\hat{p} différent : c'est la fluctuation d'échantillonnage.
  • Cette fluctuation se mesure par l'erreur standard σp^=p(1−p)/n\sigma_{\hat{p}} = \sqrt{p(1-p)/n}, et se juge par l'écart-réduit z=(p^−p)/σp^z = (\hat{p}-p)/\sigma_{\hat{p}}. Elle diminue quand nn augmente.
  • Tout repose sur le tirage au sort : sans lui, l'échantillon n'est pas représentatif et l'estimation est biaisée. Un grand échantillon mal tiré ne vaut rien.
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Comment décider entre deux hypothèses à partir d'un échantillon : le raisonnement par l'absurde, l'hypothèse nulle et le risque d'erreur qu'on accepte de courir.

À retenir

  • Décider en statistique, c'est parier sur une population à partir d'un échantillon, en acceptant d'avance un risque d'erreur maîtrisé.
  • Tout test oppose H0H_0 (le hasard seul, aucune différence réelle) à H1H_1 (un effet réel existe).
  • On raisonne par l'absurde : on suppose H0H_0 vraie, puis on calcule le degré de signification pp = probabilité d'un écart au moins aussi extrême sous H0H_0.
  • Règle : p≤α⇒p \le \alpha \Rightarrow on rejette H0H_0 ; p>α⇒p > \alpha \Rightarrow on ne rejette pas. Le seuil α\alpha (souvent 5 %) est fixé à l'avance : c'est le risque assumé de rejeter H0H_0 à tort.
  • On ne prouve jamais H0H_0. Rejeter est une conclusion forte ; ne pas rejeter signifie seulement « compatible avec le hasard ». L'absence de preuve n'est pas la preuve de l'absence.
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Le tableau décision × réalité, le risque α de crier au loup, le risque β de rater une vraie différence, la puissance et le rôle décisif de l'effectif.

À retenir

  • Un test peut se tromper de deux façons distinctes, résumées par le tableau décision × réalité.
  • Risque α\alpha (première espèce) : rejeter H0H_0 à tort, voir un effet qui n'existe pas — la fausse alerte, contrôlée par le seuil (souvent 5 %).
  • Risque β\beta (deuxième espèce) : ne pas rejeter H0H_0 à tort, rater un effet réel. La puissance 1−β1-\beta est la probabilité de détecter un vrai effet.
  • À effectif fixé, α\alpha et β\beta sont antagonistes : durcir le seuil baisse α\alpha mais monte β\beta, et inversement. Le seuil déplace le risque, il ne le supprime pas.
  • Le seul moyen de réduire les deux à la fois est d'augmenter l'effectif nn (l'erreur standard décroît en 1/n1/\sqrt{n}). D'où le calcul du nombre de sujets avant l'étude.
  • Un résultat non significatif sur un petit échantillon est non concluant, pas négatif : toujours se demander si la puissance était suffisante.
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Partie A Deux variables qualitatives · 8

Pourquoi une fréquence observée danse autour de la vraie proportion, et comment l'écart-réduit mesure cette danse.

À retenir

  • Une fréquence observée ff fluctue autour de la vraie proportion pp ; c'est la fluctuation d'échantillonnage, pas une erreur.
  • L'écart-type de ff vaut p(1−p)/n\sqrt{p(1-p)/n} : la précision augmente comme n\sqrt{n} (quatre fois plus de sujets pour deux fois plus de précision).
  • L'écart-réduit z=(f−p)/p(1−p)/nz = (f - p)/\sqrt{p(1-p)/n} exprime l'écart en nombre d'écarts-types.
  • zz suit approximativement une loi normale ; 95 % des fluctuations tiennent entre −1,96 et +1,96.
  • Un ∣z∣>1,96|z| > 1{,}96 signale un écart peu compatible avec le seul hasard — à condition que npnp et n(1−p)n(1-p) dépassent 5.
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L'hypothèse nulle, l'écart-réduit sous H0, la décision au seuil α et le degré de signification p.

À retenir

  • Un test oppose H0H_0 (la valeur théorique p0p_0 est vraie, l'écart n'est qu'une fluctuation) à H1H_1.
  • On calcule l'écart-réduit sous H0H_0, donc avec p0p_0 : z=(f−p0)/p0(1−p0)/nz = (f - p_0)/\sqrt{p_0(1-p_0)/n}.
  • On décide au seuil α\alpha (souvent 5 %) : ∣z∣>1,96|z| > 1{,}96 conduit à rejeter H0H_0 (résultat significatif).
  • Le degré de signification pp est la probabilité d'un écart au moins aussi grand si H0H_0 est vraie ; on rejette quand p<αp < \alpha.
  • On ne prouve jamais H0H_0 : « non significatif » veut dire compatible avec le hasard, pas identique à p0p_0.
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Encadrer la vraie proportion à partir d'une fréquence observée, et en déduire le nombre de sujets nécessaire.

À retenir

  • Un pourcentage observé s'accompagne toujours de son intervalle de confiance : f±1,96f(1−f)/nf \pm 1{,}96\sqrt{f(1-f)/n}.
  • L'IC à 95 % encadre la vraie proportion ; l'interprétation porte sur la méthode : 95 % des intervalles ainsi construits contiennent pp.
  • Il ne décrit ni la dispersion des individus, ni une probabilité attachée à l'intervalle une fois calculé.
  • IC et test sont deux faces d'une même pièce : p0p_0 hors de l'IC ≈ test significatif à 5 % (équivalence non exacte pour un pourcentage — voir plus haut).
  • Diviser la largeur par 2 exige de quadrupler nn ; on dimensionne l'étude avec n=1,962f(1−f)/i2n = 1{,}96^2 f(1-f)/i^2.
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L'écart-réduit de la différence de deux fréquences, avec le pourcentage commun estimé sous l'hypothèse nulle.

À retenir

  • Comparer deux pourcentages observés, c'est tester H0:p1=p2H_0 : p_1 = p_2 à partir de la différence f1−f2f_1 - f_2.
  • Sous H0H_0, on estime une proportion commune pc=(x1+x2)/(n1+n2)p_c = (x_1 + x_2)/(n_1 + n_2).
  • L'écart-réduit vaut z=(f1−f2)/pc(1−pc)(1/n1+1/n2)z = (f_1 - f_2)/\sqrt{p_c(1-p_c)(1/n_1 + 1/n_2)} ; le terme 1/n1+1/n21/n_1 + 1/n_2 montre que le petit groupe commande la précision.
  • On rejette H0H_0 si ∣z∣>1,96|z| > 1{,}96 ; « significatif » qualifie la réalité de l'écart, pas son importance clinique.
  • Conditions : effectifs attendus > 5 dans chaque case ; sinon, test exact de Fisher.
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Comparer des effectifs observés à des effectifs attendus, calculer le χ², compter les degrés de liberté et lire la table.

À retenir

  • Le χ² d'ajustement compare une répartition observée à une répartition théorique sur plusieurs catégories.
  • On travaille sur des effectifs : χ2=∑(O−C)2/C\chi^2 = \sum (O - C)^2 / C, où CC est l'effectif attendu sous H0H_0.
  • Le carré évite les compensations ; la division par CC relativise chaque écart.
  • Degrés de liberté : ddl=k−1\text{ddl} = k - 1 ; on compare le χ² au seuil de la table (3,84 pour 1 ddl, 5,99 pour 2, 7,81 pour 3…).
  • Conditions : effectifs attendus tous supérieurs à 5 ; un χ² non significatif signifie « compatible avec la théorie ».
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Tester le lien entre deux caractères qualitatifs : effectifs attendus sous indépendance et degrés de liberté du tableau croisé.

À retenir

  • Un tableau de contingence croise deux caractères qualitatifs ; H0H_0 est leur indépendance.
  • Effectif attendu d'une case : C=(total ligne×total colonne)/NC = (\text{total ligne} \times \text{total colonne})/N (produit des marges).
  • On calcule χ2=∑(O−C)2/C\chi^2 = \sum (O-C)^2/C sur toutes les cases.
  • Degrés de liberté : ddl=(l−1)(c−1)\text{ddl} = (l-1)(c-1) ; on compare au seuil de la table (5,99 pour 2 ddl).
  • Un χ² significatif prouve une association, pas une causalité ; c'est un test global qu'il faut ensuite localiser via les contributions.
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Le cas particulier du tableau à 1 degré de liberté, son équivalence avec l'écart-réduit de deux pourcentages et la correction de continuité.

À retenir

  • Le tableau 2 × 2 est un χ² d'indépendance à 1 degré de liberté ; une seule case y est libre.
  • Formule directe : χ2=N(ad−bc)2/[(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)]\chi^2 = N(ad-bc)^2 / [(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)] ; seuil à 5 % : 3,84.
  • Il est équivalent à la comparaison de deux pourcentages : χ2=z2\chi^2 = z^2, mêmes conclusions.
  • La correction de continuité (Yates) diminue le χ² et rend le test plus prudent pour les effectifs modestes.
  • Effectifs attendus trop faibles (< 5) : ni le χ², ni Yates ne conviennent → test exact de Fisher.
  • Mesures appariées (mêmes sujets avant/après) : ni χ² ni Fisher, mais McNemar sur les paires discordantes.
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Quand les effectifs attendus sont trop faibles pour le χ² : calculer directement la probabilité exacte des tableaux, à marges fixées.

À retenir

  • Le test exact de Fisher remplace le χ² sur un tableau 2 × 2 quand un effectif attendu est inférieur à 5.
  • Il raisonne à marges fixées et calcule la probabilité exacte de chaque tableau par la loi hypergéométrique : P=(a+b)!(c+d)!(a+c)!(b+d)!N! a! b! c! d!P = \dfrac{(a+b)!(c+d)!(a+c)!(b+d)!}{N!,a!,b!,c!,d!}.
  • Le degré de signification somme la probabilité du tableau observé et de tous les tableaux au moins aussi extrêmes.
  • Aucune approximation ni condition d'effectif : c'est la référence pour les petits échantillons.
  • Leçon : un fort pourcentage sur peu de sujets peut rester non significatif — méfiez-vous des petits effectifs.
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Partie B Qualitative × quantitative · 9

Pourquoi la moyenne d'un échantillon fluctue moins que les individus : erreur-standard et théorème central limite.

À retenir

  • Une moyenne fluctue beaucoup moins qu'un individu, car les écarts se compensent.
  • La dispersion des moyennes se mesure par l'erreur-standard : σxˉ=σ/n\sigma_{\bar{x}} = \sigma/\sqrt{n}.
  • Pour diviser l'erreur-standard par 2, il faut quadrupler l'effectif (rôle du n\sqrt{n}).
  • Théorème central limite : la moyenne suit approximativement une loi normale même si les individus ne le font pas, dès que nn est assez grand.
  • Ne pas confondre écart-type (variabilité des sujets) et erreur-standard (précision de la moyenne).
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De l'échantillon à la population : moyenne observée, variance estimée avec (n−1) au dénominateur, et la notion de biais.

À retenir

  • La meilleure estimation de μ\mu est la moyenne observée xˉ\bar{x} : estimateur sans biais.
  • La variance de la population s'estime par s2=1n−1∑(xi−xˉ)2s^2 = \dfrac{1}{n-1}\sum (x_i-\bar{x})^2 : le dénominateur est (n−1)(n-1), pas nn.
  • Raison : les écarts sont pris autour de xˉ\bar{x}, dont la somme est nulle ; il ne reste que n−1n-1 degrés de liberté.
  • Diviser par nn sous-estime la variance (estimateur biaisé) ; le biais est surtout sensible quand nn est petit.
  • Sans biais = juste en moyenne sur tous les échantillons, ce qui n'implique pas exact sur un échantillon donné.
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Intervalle de confiance d'une moyenne, comparaison à une valeur de référence, et calcul du nombre de sujets nécessaires.

À retenir

  • Une moyenne se donne toujours avec sa précision : l'intervalle de confiance xˉ±t s/n\bar{x} \pm t,s/\sqrt{n}.
  • Le coefficient tt (table de Student, n−1n-1 ddl) vaut environ 2 pour un grand échantillon, un peu plus pour un petit.
  • Comparaison à une référence μ0\mu_0 : si μ0\mu_0 est dans l'IC, pas de différence significative ; si elle est dehors, différence au risque de 5 %.
  • Nombre de sujets : n≈(t s/i)2n \approx (t,s/i)^2 ; diviser la largeur par 2 exige de quadrupler l'effectif.
  • L'IC de la moyenne encadre le centre de la population, jamais l'étalement des individus.
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Comparer les moyennes de deux groupes indépendants : la statistique t, les degrés de liberté, la table et les conditions d'application.

À retenir

  • Le test tt compare l'écart des moyennes au bruit attendu : t=(xˉ1−xˉ2)/sdt = (\bar{x}_1 - \bar{x}_2)/s_d.
  • sds_d est l'erreur-standard de la différence, bâtie sur une variance commune s2s^2 pondérée par les degrés de liberté.
  • On compare ∣t∣|t| à la table de Student à ν=n1+n2−2\nu = n_1 + n_2 - 2 degrés de liberté ; le seuil tend vers 1,96 pour nn grand.
  • Conditions : indépendance, normalité (souple si nn grand), égalité des variances.
  • Variances inégales → test de Welch ; données appariées → test des couples (B-5), pas le tt à deux échantillons.
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Quand chaque sujet est son propre témoin : analyser les différences intra-paires pour éliminer la variabilité entre sujets.

À retenir

  • Série appariée : chaque sujet (ou paire) est son propre témoin — avant/après, jumeaux, œil droit/gauche…
  • On ne calcule qu'une seule série : les différences intra-paires did_i.
  • Le test devient une comparaison de dˉ\bar{d} à zéro : t=dˉ/(sd/n)t = \bar{d}/(s_d/\sqrt{n}), à ν=n−1\nu = n-1 degrés de liberté (nn = nombre de paires).
  • Avantage majeur : la variabilité entre sujets est éliminée → gain de puissance à effectif égal.
  • Piège : ne pas analyser un plan apparié comme deux groupes indépendants ; la normalité concerne les différences.
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Comparer deux dispersions par le rapport de leurs variances : la statistique F, sa table, et son usage comme test préliminaire.

À retenir

  • Comparer deux variances (dispersions) se fait par un rapport, pas une différence.
  • Statistique : F=s12/s22F = s_1^2 / s_2^2 avec la plus grande variance au numérateur (donc F≥1F \geq 1).
  • La loi FF dépend de deux degrés de liberté ν1=n1−1\nu_1 = n_1-1 et ν2=n2−1\nu_2 = n_2-1 ; elle est asymétrique et positive.
  • FF proche de 1 → variances compatibles ; FF nettement > 1 → dispersions réellement différentes.
  • Usage principal : test préliminaire de l'égalité des variances avant un test tt ; brique de l'analyse de la variance.
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Comparer trois moyennes ou plus sans multiplier les tests t : inflation du risque, décomposition inter/intra et statistique F.

À retenir

  • Comparer 3 moyennes ou plus par des tests tt répétés gonfle le risque α (14 % pour 3 comparaisons, ~40 % pour 10).
  • L'analyse de la variance tranche d'un seul test la question « toutes les moyennes sont-elles égales ? ».
  • Elle décompose la variabilité totale en une part inter-groupes (écart entre moyennes) et une part intra-groupe (bruit) : SCtotale=SCinter+SCintraSC_{\text{totale}} = SC_{\text{inter}} + SC_{\text{intra}}.
  • Statistique : F=CMinter/CMintraF = CM_{\text{inter}} / CM_{\text{intra}}, comparée à la table de Fisher (ν1=k−1\nu_1 = k-1, ν2=N−k\nu_2 = N-k).
  • Un FF significatif dit qu'une différence existe, pas laquelle → comparaisons post-hoc ensuite, jamais des tt bruts.
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Étudier plusieurs facteurs à la fois : plans factoriels, notion d'interaction, et pourquoi ils battent l'étude un facteur à la fois.

À retenir

  • Un facteur est une variable contrôlée ; ses valeurs sont ses niveaux ; son effet est la variation de réponse qu'il induit.
  • Interaction : l'effet d'un facteur dépend du niveau d'un autre facteur (les effets ne sont pas additifs).
  • Un plan factoriel teste toutes les combinaisons de niveaux : il estime chaque effet et les interactions, avec un meilleur rendement des sujets qu'une étude « un facteur à la fois ».
  • L'ANOVA à plusieurs facteurs donne un test FF par facteur et un test FF pour l'interaction.
  • Pièges : interpréter un effet principal en ignorant une interaction ; l'explosion du nombre de conditions (→ plans fractionnaires).
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Quand n est petit : le rôle décisif de la normalité, la loi de Student et les limites des tests paramétriques.

À retenir

  • Les grands échantillons pardonnent (TCL) ; les petits échantillons ne pardonnent rien.
  • Sur petit nn, la normalité des données redevient une vraie condition : le théorème central limite ne la remplace plus.
  • La loi de Student, à queues épaisses, compense l'incertitude sur la variance estimée : elle exige un tt plus grand (2,78 pour ν=4\nu=4 contre 1,96 pour nn grand).
  • Petit nn = faible puissance : un résultat non significatif ne prouve pas l'absence d'effet (« absence de preuve » ≠ « preuve d'absence »).
  • Si la normalité est douteuse : transformer les données, employer un test non paramétrique, ou augmenter l'effectif.
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Partie C Deux variables quantitatives · 5

Pourquoi mesurer l'intensité d'une liaison et vouloir prédire une variable par une autre sont deux problèmes différents, l'un symétrique, l'autre non.

À retenir

  • Face à deux caractères quantitatifs, deux questions distinctes : la corrélation (intensité de la liaison) et la régression (prédiction d'une variable par une autre).
  • La corrélation est symétrique : échanger les deux variables ne change rien ; elle se résume par un seul nombre r∈[−1;+1]r \in [-1 ; +1].
  • La régression est asymétrique : on choisit une variable à expliquer et une variable explicative ; elle fournit une droite y=a x+by = a,x + b et donc une prédiction.
  • Un même nuage de points se lit des deux façons : décrire (rr) puis, si utile, prédire (la droite).
  • Une liaison, même forte, n'implique ni sens de causalité ni causalité tout court.
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Comment un seul nombre entre −1 et +1 résume l'intensité d'une liaison linéaire, ce que signifie r², et pourquoi juger r sans connaître n n'a aucun sens.

À retenir

  • rr résume par un seul nombre l'intensité d'une liaison linéaire : signe = sens, valeur absolue = force, toujours entre −1-1 et +1+1.
  • r=0r = 0 signifie « pas de liaison linéaire », pas « pas de liaison » (penser à la courbe en U).
  • r2r^2 est la part de variance de yy liée à xx : c'est lui qu'il faut interpréter (r=0,50⇒r = 0{,}50 \Rightarrow seulement 25 % de variance liée).
  • Un rr ne se juge jamais sans nn : le seuil de significativité baisse quand l'effectif monte ; on teste rr par t=rn−2/1−r2t = r\sqrt{n-2}/\sqrt{1-r^2}.
  • Significatif ≠ fort : sur de très grands échantillons, un rr minuscule peut être significatif tout en étant sans portée.
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Comment la méthode des moindres carrés ajuste la droite y = ax + b, ce que valent pente et prédiction, et pourquoi extrapoler hors du domaine observé est dangereux.

À retenir

  • La régression cherche la droite des moindres carrés : celle qui minimise la somme des carrés des résidus (écarts verticaux points-droite).
  • Elle passe par le point moyen (xˉ,yˉ)(\bar{x}, \bar{y}) ; sa pente aa dit de combien yy varie par unité de xx, son ordonnée bb la valeur prédite en x=0x = 0.
  • Pente aa ≠ coefficient rr : aa a une unité et dépend des échelles, rr est un nombre pur.
  • Une prédiction y^=ax+b\hat{y} = a x + b est une moyenne attendue, toujours entachée d'incertitude (écart-type des résidus sress_{\text{res}}).
  • Ne jamais extrapoler hors de la plage des xx observés : la droite y devient une pure spéculation.
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Du r de l'échantillon au ρ de la population, et pourquoi la variance totale se partage exactement en une part liée et une part résiduelle, dont r² est le ratio.

À retenir

  • ρ\rho est le coefficient exact et inconnu de la population ; rr n'en est qu'une estimation fluctuante calculée sur l'échantillon.
  • La variabilité de yy se décompose exactement : SCEtot=SCEexp+SCEres\text{SCE}{\text{tot}} = \text{SCE}{\text{exp}} + \text{SCE}_{\text{res}} (totale = liée + résiduelle).
  • r2=SCEexp/SCEtotr^2 = \text{SCE}{\text{exp}} / \text{SCE}{\text{tot}} : la fraction de variance liée à xx ; ici 640/776≈0,82640/776 \approx 0{,}82, et 1−r2≈0,181 - r^2 \approx 0{,}18 est la part résiduelle.
  • « Variance expliquée » est un terme statistique (lien), pas causal.
  • Un r2r^2 ne se juge pas sans son effectif : petit nn, valeur facilement surestimée.
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Comment une troisième variable peut fabriquer ou masquer une corrélation, comment la corrélation partielle la neutralise, et pourquoi corrélation n'est jamais causalité.

À retenir

  • Un facteur de confusion zz, lié à la fois à xx et à yy, peut fabriquer ou masquer une corrélation apparente entre xx et yy.
  • La corrélation partielle rxy⋅zr_{xy \cdot z} mesure la liaison xx–yy à zz constant ; si le lien passait tout entier par zz, elle tombe à zéro (café–risque : 0,50→0,020{,}50 \to 0{,}02).
  • La régression multiple généralise l'idée : chaque coefficient est l'effet propre d'une variable, les autres étant maintenues constantes — d'où les résultats « ajustés ».
  • Corrélation ≠ causalité : une liaison peut venir de x→yx \to y, de y→xy \to x, d'un facteur commun ou du hasard ; rr ne les distingue pas.
  • La causalité se démontre par l'expérimentation et le raisonnement, jamais par un coefficient de corrélation seul.
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Partie D Tests non paramétriques · 5

Quand la normalité n'est pas acquise, on remplace les valeurs mesurées par leur rang : une idée simple, robuste aux valeurs extrêmes, au prix d'un peu de puissance.

À retenir

  • Les tests non paramétriques ne supposent aucune forme de distribution : on les emploie face aux petits effectifs, aux distributions asymétriques et aux variables ordinales.
  • Le principe : remplacer chaque valeur par son rang dans le classement général, puis raisonner uniquement sur ces rangs.
  • Conséquence majeure : la robustesse aux valeurs extrêmes. Une donnée aberrante ne pèse que d'un rang, jamais de son ampleur.
  • Le prix à payer est une légère perte de puissance (environ 5 %) lorsque les données sont réellement normales — un coût faible au regard de la sécurité gagnée.
  • Les ex æquo reçoivent la moyenne des rangs correspondants ; leur abondance doit rester exceptionnelle.
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Classer toutes les valeurs ensemble, sommer les rangs d'un groupe, en déduire la statistique U (ou W) : l'équivalent non paramétrique du t de Student sur deux échantillons.

À retenir

  • Le test de Mann-Whitney (= somme des rangs de Wilcoxon) est l'équivalent non paramétrique du tt de Student pour deux groupes indépendants.
  • Méthode : classer ensemble les n1+n2n_1+n_2 valeurs, sommer les rangs d'un groupe (RAR_A), en déduire UA=RA−nA(nA+1)2U_A = R_A - \frac{n_A(n_A+1)}{2}, retenir U=min⁡(UA,UB)U = \min(U_A, U_B).
  • Sur notre exemple (66 contre 66) : RA=25R_A = 25, U=4U = 4 ; valeur critique =5= 5 à 5 % bilatéral, donc on rejette l'hypothèse nulle.
  • Décision sur petits effectifs : rejet si U≤U \le valeur critique de la table. Sur grands effectifs : approximation normale via ZZ.
  • Ne jamais confondre avec le Wilcoxon apparié : ici les groupes sont indépendants.
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Pour des mesures avant/après sur les mêmes sujets : calculer les différences intra-paires, ranger leurs valeurs absolues, sommer les rangs par signe — l'équivalent non paramétrique du t apparié.

À retenir

  • Le test T de Wilcoxon apparié est l'équivalent non paramétrique du tt apparié : deux mesures sur les mêmes sujets (avant / après).
  • Méthode : calculer les différences dd, écarter les nulles, ranger les ∣d∣|d|, puis sommer les rangs par signe en W+W_+ et W−W_- ; la statistique est T=min⁡(W+,W−)T = \min(W_+, W_-).
  • Sur notre exemple (n=7n = 7 après exclusion d'une paire nulle) : W+=1W_+ = 1, W−=27W_- = 27, donc T=1T = 1 ; valeur critique =2= 2 à 5 % bilatéral, on rejette l'hypothèse nulle.
  • Décision : rejet si T≤T \le valeur critique de la table.
  • Il est plus puissant que le test des signes (il tient compte de l'amplitude des différences) mais suppose leur distribution à peu près symétrique.
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Étendre Mann-Whitney à K groupes indépendants : classer toutes les valeurs, comparer les rangs moyens de chaque groupe, en déduire la statistique H — l'équivalent non paramétrique de l'analyse de variance.

À retenir

  • Le test de Kruskal-Wallis compare KK groupes indépendants : c'est l'équivalent non paramétrique de l'ANOVA à un facteur et la généralisation de Mann-Whitney.
  • Méthode : classer ensemble les NN valeurs, calculer les sommes de rangs RiR_i, puis H=12N(N+1)∑iRi 2ni−3(N+1)H = \dfrac{12}{N(N+1)} \sum_i \dfrac{R_i^{,2}}{n_i} - 3(N+1).
  • Sur notre exemple (3 régimes, 4 rats chacun) : RA=11R_A = 11, RB=26R_B = 26, RC=41R_C = 41, d'où H≈8,65H \approx 8{,}65.
  • Décision : comparer HH à un khi-deux à K−1K-1 degrés de liberté. Ici 8,65>5,998{,}65 > 5{,}99 : on rejette.
  • C'est un test global : un résultat significatif appelle des comparaisons deux à deux corrigées pour savoir quels groupes diffèrent.
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Calculer une corrélation sur les rangs plutôt que sur les valeurs : le coefficient rₛ capte toute liaison monotone, même non linéaire, et résiste aux valeurs extrêmes.

À retenir

  • Le coefficient de Spearman rsr_s est la corrélation de Pearson appliquée aux rangs de XX et de YY.
  • Il capte toute liaison monotone, même courbe (non linéaire), et résiste aux valeurs extrêmes ; il ne suppose aucune normalité.
  • Sans ex æquo : rs=1−6∑d 2n(n2−1)r_s = 1 - \dfrac{6\sum d^{,2}}{n(n^2-1)}, où dd est la différence de rangs de chaque paire.
  • Sur notre exemple (n=7n = 7, relation exponentielle) : ∑d2=2\sum d^2 = 2, d'où rs≈0,96r_s \approx 0{,}96, bien au-dessus du seuil critique ≈0,79\approx 0{,}79 : liaison significative.
  • Pearson mesure l'alignement linéaire ; Spearman la tendance monotone. Un rsr_s nul signifie « pas de tendance monotone », pas « aucune relation ».
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Partie E Stratégie & synthèse · 4

Une méthode en quatre questions pour passer de vos données au test adapté : nature des variables, nombre de groupes, appariement, normalité.

À retenir

  • Le choix du test se décide en quatre questions ordonnées : nature des variables → nombre de groupes → appariement → normalité.
  • Deux qualitatives : écart-réduit pour comparer des proportions, χ² pour croiser des répartitions (Fisher si petits effectifs).
  • Quantitatif comparé entre groupes : test t (2 groupes), ANOVA / F (≥ 3 groupes) si la normalité tient ; sinon Mann-Whitney, Wilcoxon (apparié), Kruskal-Wallis.
  • Deux quantitatives liées : corrélation / régression de Pearson, ou Spearman sur les rangs si les données s'y prêtent mal.
  • L'appariement (mêmes sujets, paires) impose sa version dédiée : t apparié, Wilcoxon.
  • Un test paramétrique mal choisi ne se rattrape pas par un beau calcul : le choix du test précède le calcul.
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Bien qualifier chaque variable avant tout calcul, et distinguer ce que l'expérimentateur fixe de ce qu'il laisse au hasard : deux questions qui commandent le choix de la méthode.

À retenir

  • Avant tout calcul, qualifiez chaque variable : qualitative (nominale / ordinale) ou quantitative (discrète / continue).
  • Des chiffres ne font pas une variable quantitative : codes numériques et scores ordinaux restent qualitatifs ; n'en faites pas la moyenne à la légère.
  • Distinguez le contrôlé (valeur fixée par l'expérimentateur) de l'aléatoire (valeur subie) : c'est un rôle dans le protocole, pas une propriété de la grandeur.
  • Deux variables aléatoires → corrélation (lien symétrique, coefficient rr). Une variable contrôlée + une aléatoire → régression (on prédit yy à partir de xx).
  • Contrôler un facteur (doses fixées, randomisation) renforce la preuve causale ; observer sans contrôler n'établit que des associations.
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Comment vérifier d'un coup d'œil qu'une distribution est à peu près normale, reconnaître la forme d'un écart, et en tirer les bonnes conséquences pratiques.

À retenir

  • Les tests paramétriques (t, ANOVA, Pearson) supposent une distribution à peu près normale ; il faut le vérifier.
  • La droite de Henry (ou QQ-plot) porte les valeurs observées face aux écarts-réduits attendus sous normalité : une loi normale donne une droite.
  • Points alignés = compatible avec la normale ; arc = asymétrie ; S = queues anormales ; points isolés aux bouts = valeurs aberrantes possibles.
  • Face à un écart : tenter une transformation (souvent le log pour les traînes à droite), sinon basculer vers un test non paramétrique.
  • Le graphique montre la forme de l'écart ; les tests formels (Shapiro) ne donnent qu'un p, trompeur sur très petit ou très grand échantillon. Combinez les deux.
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Le risque α qu'on fixe, le risque β qui dépend de l'effet et de l'effectif, la puissance qui les relie, et pourquoi « non significatif » ne veut jamais dire « pas de différence ».

À retenir

  • Deux erreurs : faux positif (risque α\alpha) et faux négatif (risque β\beta).
  • α\alpha est fixé a priori (souvent 0,05) ; il ne dépend pas des données.
  • β\beta dépend de la taille de l'effet, de l'effectif nn, de la variabilité et de α\alpha. À nn fixé, α\alpha et β\beta varient en sens inverse.
  • La puissance =1−β= 1 - \beta est la capacité à détecter un effet réel ; on la vise à 0,80 au minimum. On l'augmente surtout en augmentant nn.
  • Le nombre de sujets nécessaire se calcule avant l'étude à partir de α\alpha, de la puissance, de la différence à détecter et de la variabilité : n∝σ2/Δ2n \propto \sigma^2 / \Delta^2 (viser un effet deux fois plus petit ≈ quatre fois plus de sujets).
  • « Non significatif » ≠ « pas de différence » : un résultat négatif peut simplement traduire un manque de puissance. L'absence de preuve n'est pas la preuve de l'absence.
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Partie G Épidémiologie clinique & méthodes modernes · 10

Ce que signifie « ± 3 points », pourquoi la précision suit 1/√n, et pourquoi un gros échantillon mal recruté reste faux.

À retenir

  • Un pourcentage de sondage s'accompagne toujours d'une marge d'erreur : la demi-largeur de son intervalle de confiance à 95 %.
  • Dans le cas le plus défavorable, cette marge vaut environ 1/n1/\sqrt{n} ; d'où le « ± 3 points » d'un sondage sur 1 000 personnes.
  • « 52 % ± 3 » signifie que le vrai pourcentage est vraisemblablement dans [49% ; 55%][49%,;,55%] ; deux chiffres dont les intervalles se chevauchent ne sont pas départageables.
  • On dimensionne le sondage avec n≈1/m2n \approx 1/m^2 : diviser la marge par 2 exige de quadrupler l'effectif.
  • La marge d'erreur ne capture que le hasard du tirage ; le biais de représentativité (échantillon ≠ population cible) est le vrai danger, et un gros échantillon mal recruté reste faux.
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À partir d'un tableau 2 × 2 : risques, risque relatif, odds ratio, réductions absolue et relative, et nombre de sujets à traiter.

À retenir

  • Tout part des deux risques, R=R = événements // total dans chaque groupe.
  • Risque relatif RR=R1/R2\text{RR} = R_1/R_2 (rapport des risques) ; odds ratio OR=ad/bc\text{OR} = ad/bc (rapport des cotes). =1=1 : pas d'effet.
  • RRR =1−RR= 1 - \text{RR} (impressionnante mais trompeuse) ; RRA == différence des risques (honnête, dépend du risque de base).
  • NNT =1/RRA= 1/\text{RRA} : nombre de patients à traiter pour éviter un événement — la mesure la plus clinique.
  • OR≈RR\text{OR} \approx \text{RR} quand l'événement est rare ; sur événement fréquent, l'OR exagère. L'OR reste indispensable dans les études cas-témoins.
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Se et Sp caractérisent le test ; VPP et VPN caractérisent un résultat — et la VPP dépend crucialement de la prévalence.

À retenir

  • Quatre cases : VP, FP, FN, VN, selon test (ligne) et statut réel (colonne).
  • Se =VP/(VP+FN)= \text{VP}/(\text{VP}+\text{FN}) (détecter les malades) et Sp =VN/(VN+FP)= \text{VN}/(\text{VN}+\text{FP}) (innocenter les sains) : propriétés intrinsèques du test.
  • VPP =VP/(VP+FP)= \text{VP}/(\text{VP}+\text{FP}) et VPN =VN/(VN+FN)= \text{VN}/(\text{VN}+\text{FN}) : ce que vaut un résultat pour ce patient.
  • La VPP dépend de la prévalence : plus la maladie est rare, plus un test positif risque d'être un faux positif — d'où la confirmation systématique en dépistage.
  • Les rapports de vraisemblance (LR+=Se/(1−Sp)\text{LR}^{+} = \text{Se}/(1-\text{Sp}), LR−=(1−Se)/Sp\text{LR}^{-} = (1-\text{Se})/\text{Sp}) résument le test indépendamment de la prévalence.
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Comment le seuil arbitre entre sensibilité et spécificité, ce que trace la courbe ROC, et ce que mesure l'aire sous la courbe (AUC).

À retenir

  • Pour un test à mesure continue, le seuil arbitre entre sensibilité et spécificité : les augmenter simultanément est impossible.
  • Seuil bas → Se élevée, Sp faible (beaucoup de faux positifs) ; seuil haut → l'inverse.
  • La courbe ROC trace Se en fonction du taux de faux positifs (1−Sp1-\text{Sp}) pour tous les seuils ; plus elle monte vers le coin supérieur gauche, meilleur est le test.
  • L'AUC (0,5 = hasard, 1 = parfait) mesure le pouvoir discriminant global, indépendamment du seuil et de la prévalence.
  • Le choix du seuil est clinique : privilégier la Se pour ne rien manquer, la Sp pour éviter les décisions lourdes à tort ; à défaut, maximiser J=Se+Sp−1J = \text{Se} + \text{Sp} - 1.
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Prospectif ou rétrospectif, quelle mesure de risque chaque schéma autorise, et pourquoi la randomisation seule casse la confusion.

À retenir

  • Cohorte : on part de l'exposition et l'on suit dans le temps → risque et risque relatif ; coûteuse, inadaptée aux maladies rares.
  • Cas-témoins : on part de la maladie et l'on remonte l'exposition → odds ratio seulement ; rapide, idéale pour les maladies rares, mais sujette au biais de mémoire.
  • Les deux sont observationnelles et exposées au facteur de confusion (association ≠ causalité).
  • L'essai randomisé attribue le traitement au hasard : la randomisation équilibre les facteurs de confusion connus et inconnus → preuve causale.
  • Les niveaux de preuve (méta-analyse d'ECR > ECR > cohorte > cas-témoins > série de cas > avis d'expert) hiérarchisent les schémas, mais le bon schéma reste celui qu'impose la question.
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Un biais est une erreur systématique, distincte de la fluctuation aléatoire ; savoir reconnaître les trois grandes familles et les moyens de les contrôler.

À retenir

  • Un biais est une erreur systématique ; il persiste et se renforce quand l'échantillon grandit, contrairement au hasard.
  • Sélection : erreur d'entrée/sortie des sujets. Classement (information) : erreur de mesure de l'exposition ou de la maladie.
  • Confusion : une tierce variable liée à l'exposition et à la maladie (café–cancer confondu par le tabac) fabrique une association trompeuse.
  • Contrôle : randomisation (neutralise même l'inconnu), appariement et ajustement (seulement le connu et mesuré), mesures en aveugle, recrutement exhaustif.
  • Biais ≠ manque de puissance : le premier décale la vérité, le second l'estime imprécisément. Plus de patients corrige le second, jamais le premier.
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Une période de suivi pendant laquelle l'événement ne peut pas survenir par construction, attribuée à tort au groupe exposé, qui surestime le bénéfice apparent d'un traitement.

À retenir

  • Le temps immortel est une période de suivi pendant laquelle l'événement ne peut pas survenir par construction, souvent entre l'inclusion et l'exposition.
  • Attribué à tort au groupe exposé, il lui offre du temps sans risque et lui retire les décès précoces : il surestime toujours le bénéfice du traitement.
  • Signature : le groupe « traité » doit avoir survécu assez longtemps pour être traité, donc être classé comme tel.
  • Correction : faire débuter le suivi à l'exposition, modéliser l'exposition comme dépendante du temps, ou utiliser une analyse landmark.
  • C'est un piège classique des études observationnelles ; un plus grand échantillon ne le corrige jamais.
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Pourquoi la survie n'est pas un simple pourcentage, comment la censure impose la courbe en escalier de Kaplan-Meier, et comment comparer deux courbes avec le test du log-rank.

À retenir

  • La survie n'est pas un simple pourcentage : la censure (suivi incomplet) impose d'exploiter chaque patient à hauteur du temps observé.
  • Un sujet censuré apporte une information partielle (« sans événement jusqu'à tel jour ») ; la censure doit être non informative.
  • La fonction de survie S(t)=P(T>t)S(t) = P(T > t) est une courbe, estimée en escalier par Kaplan-Meier ; les censures y font des traits, pas des marches.
  • La médiane de survie est le temps où S^(t)\hat{S}(t) atteint 0,50 ; elle peut être « non atteinte » si la courbe reste haute.
  • Le test du log-rank compare deux courbes entières (observés vs attendus cumulés) et suit un χ2\chi^2 ; il dit s'il y a une différence, pas de combien.
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Passer de deux courbes à un modèle : le risque instantané, le modèle à risques proportionnels de Cox, le hazard ratio et son interprétation, l'ajustement et l'hypothèse des risques proportionnels.

À retenir

  • Le modèle de Cox passe des courbes à un modèle du risque instantané h(t)=h0(t) eβ1x1+…h(t) = h_0(t),e^{\beta_1 x_1 + \dots}, sans imposer de forme au risque de base.
  • Le hazard ratio vaut HR=eβ\text{HR} = e^{\beta} : HR=0,70\text{HR} = 0{,}70 signifie −30 % de risque instantané, HR>1\text{HR} > 1 un risque accru ; HR=1\text{HR} = 1 pas d'effet.
  • Un intervalle de confiance du HR qui exclut 1 rend l'effet significatif.
  • L'ajustement multivarié neutralise les facteurs de confusion et fournit un HR « toutes choses égales par ailleurs ».
  • Tout repose sur l'hypothèse des risques proportionnels (HR constant dans le temps) : à vérifier ; des courbes qui se croisent l'invalident.
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Prédire une variable binaire, comprendre pourquoi la régression linéaire échoue, passer par les odds et le logit, et interpréter les coefficients en odds ratios ajustés.

À retenir

  • La régression logistique prédit une issue binaire (0/1) en modélisant la probabilité pp que Y=1Y = 1.
  • La régression linéaire échoue : elle prédit des probabilités hors de [0 ; 1] et suppose une relation droite là où la forme est sigmoïde.
  • On modélise le logit ln⁡[p/(1−p)]\ln[p/(1-p)] (les log-odds), sans borne, de façon linéaire, puis on revient à pp par la sigmoïde.
  • Chaque coefficient exponentié donne un odds ratio (OR=eβ\text{OR} = e^{\beta}) ; le modèle fournit des OR ajustés qui neutralisent les facteurs de confusion (lien G-2 et G-6).
  • Piège : l'OR n'égale le risque relatif que si l'événement est rare ; sur un événement fréquent, il exagère l'effet.
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Contenu pédagogique original · Texte sous licence CC BY-SA 4.0 · Code du site sous licence MIT Écrit et maintenu par Racym Berrah, PharmD, doctorant en pharmacologie · Une erreur ? Signalez-la
Cours de biostatistique original — support pédagogique, ne remplace pas un cours complet ni les ouvrages de référence.