情境:語言治療師想預測每位患者「是否有吞嚥障礙」(有 vs. 無)。她試著用第 13 章學過的線性迴歸,以舌壓預測吞嚥障礙,但她發現一個麻煩的問題:線性迴歸的預測值可以超過 1,也可以變成負數。而機率必須介於 0 與 1 之間。這時候,就需要邏輯斯迴歸(Logistic Regression)了。
線性迴歸用於二元依變數的問題
線性迴歸的困境
若依變數只有 0(無障礙)和 1(有障礙),線性迴歸會:
- 預測值可能 > 1(機率不能超過 100%)
- 預測值可能 < 0(機率不能為負)
- 殘差不呈常態分布(違反前提假設)
- 變異數不齊(二元變數的變異數隨 p 改變)
邏輯斯迴歸的解決方案
邏輯斯迴歸透過 Logit 轉換,將預測目標由「原始數值」改為「發生機率」:
- 預測值永遠介於 0 到 1 之間
- 輸出結果可直接解讀為機率
- 透過勝算比(OR)解讀每個自變數的效果
- 適用於二元、有序或多項名義依變數
Logit 函數與 S 型曲線
邏輯斯迴歸的核心是將線性組合 \(\beta_0 + \beta_1 X\) 轉換成機率。做法是先計算勝算(Odds)勝算(Odds)是事件發生機率與不發生機率的比值:Odds = p/(1-p)。例如若機率 p = 0.6,則 Odds = 0.6/0.4 = 1.5,表示發生的可能性是不發生的 1.5 倍。,再取對數得到 Logit:
\(p\):事件發生的機率 | \(\ln\!\left(\frac{p}{1-p}\right)\):對數勝算(Log Odds = Logit) | \(\beta_j\):各自變數的迴歸係數
將上式反解,可得到預測機率的公式(邏輯斯函數,又稱 Sigmoid 函數):
無論線性組合的值為何,\(\hat{p}\) 永遠介於 0 與 1 之間,形成特有的 S 型(Sigmoid)曲線。
S 型曲線保證預測機率永遠介於 0 與 1 之間,且在中間區域變化最快。
本章學習目標
- 理解邏輯斯迴歸的適用時機與 Logit 轉換的概念
- 區分機率(probability)與勝算(odds),計算並解讀勝算比(Odds Ratio, OR)
- 解讀 OR 的大小、方向及 95% 信賴區間的臨床意義
- 了解 ROC 曲線、AUC 與 Youden Index 的意義
- 使用 SPSS 執行二元邏輯斯迴歸並正確撰寫報告
- 應用 SPSS 繪製 ROC 曲線並選取最佳臨床切截點