评分员间可信度与Kappa统计量 Inter-rater reliability & Kappa statistics

评分员间可信度inter-rater reliability

在统计学中，评分员间可信度inter-rater reliability，评分员间吻合性inter-rater agreement，或一致性concordance 都是描述评分员之间的吻合程度。它对评判者们给出的评级有多少同质性homogeneity或共识consensus给出一个分值。它有助于改进人工评判辅助工具，例如确定某个范围是否适用于度量某个变量。如果评分员间不吻合，要么是这个范围不对，要么是评分员需要重新训练。

有很多统计量可以用于确定评分员间信度，不同的是适用于不同类型的度量。比方说有：吻合的联合概率joint-probability of agreement，科恩的Kappa（Cohen's kappa）及弗雷斯的Kappa（Fleiss' kappa），评分员间相关性inter-rater concordance，一致性相关系数concordance correlation coefficient 以及类间相关性intra-class correlation。

Cohen's kappa

Cohen's kappa 系数是对评分员（或标注者）间在定性（分类的）项目上的吻合性[1] 的一种统计度量。一般认为它比单纯的吻合百分比计算更健壮，因为考虑到了可预见的偶然发生的吻合。

一些研究者[2] 指出，kappa倾向于以观察到的类别种类频率为假设，会产生在也同样普遍用到的种类上的吻合被低估了的效果，处于这个原因，kappa被认为是一个对吻合过于保守的度量。而另外的研究者辩驳[3] 称kappa考虑了偶然吻合。为了有效做到这一点，就需要一个显式的模型描述偶然性是如何影响到评分员决策的。所谓的kappa统计量的偶然性调节认为：当不完全肯定时，评分员只是猜的——这是一个很不现实的方案。

计算

Cohen's kappa 度量两个评分员之间把N个项目分成C个互斥类别的吻合程度。它最早是由Galton（1892）提出的（见Smeeton（1985）[4][5]）。

κ的公式是：

其中Pr(a) 是评分员间相对观察到的吻合，而Pr(e) 是偶然吻合的假想概率，是用观察到的数据计算出的每个观察者随机选择各个种类的概率。如果评分员完全吻合，κ=1；如果评分员间除了期望的偶然发生的吻合（由Pr(e) 定义）外没有吻合，κ=0。

1960年Jacob Cohen在期刊Educational and Psychological Measurement发表文章最早将Kappa最为新技术引入。Scott（1955）提出过类似的统计量，称为Pi，与Cohen's kappa不同的是Pr(e) 的计算。注意Cohen's kappa只是度量两个评分员间的吻合，当评分员多于2的情况有对应的吻合度量——Fleiss' kappa，见Fleiss（1971），不过，它是Scott's Pi统计量在多评分员情况的泛化，而非Cohen's kappa的。

示例：

假设你在分析资助申请的数据。两个评审官读出每个资助申请并评判“yes”或“no”。假使数据如下，行是评审A，列是评审B：

  BB  YesNoAYes205ANo1015

注意，有20个申请评审A和B都批准了，而有15个申请两个评审同时拒绝了。因此，观察得到的吻合百分比是Pr(a)=（20+15）/50=0.7

计算随机吻合的概率Pr(e) 时我们看到：

• 评审A批准和拒绝的申请各25个，即比例各50%。
• 评审B批准30个申请，拒绝20个，即批准的比例60%。

因此，他俩同时批准的随机概率就是0.5*0.6=0.3，而俩人同时拒绝的随机概率是0.5*0.4=0.2。于是随机吻合的总体概率Pr(e)=0.3+0.2=0.5。应用Cohen's kappa 公式得到：

百分比相同，但数值不同

Cohen's Kappa 在一个情况下会出问题，即比较这样两对评分员间Kappa 值：两对有相同的吻合百分比，但一对的评级数相近，而另一对的评级数相差则很大[6]。比如下面这个例子，两组数据中A 和B 的吻合相同（都是60/100），于是我们期望相应的Cohen's Kappa 值反映这一点。

 YesNoYes4515No2515

 YesNoYes2535No535

但是实际计算结果显示，第二组中A与B 相似度比第一组大。

显著性差异Significance和大小magnitude

统计显著性差异既没有声称在一个指定应用中的大小如何重要，也没有声称什么样的被视为吻合程度高还是低。Kappa 的统计显著性差异极少被提及，可能是因为即使相对较低的Kappa 值仍然显著异于0，但也还没有大到足以满足调查 [7]:66 。不过，不同的计算程序还是描述[8]和计算[9]了它的标准误差。

既然统计显著性差异不是有用的指标，那么Kappa 多大才反映足够吻合？准则是有用的，但除了吻合其他的因素也能影响其大小，这对一个有疑问的大小给出了解释。Sim 和Wright 指出，（编码是等概率或其概率变化）的发生率（prevalence）以及（两观察者/评分员异同的边缘概率）偏差（bias）是两个重要的因素。当其他因素相同时，编码是等概率的且在两个观察者/评分员的分布相似，Kappa 值会比较高 [10]:261-262 。

另一个因素是编码数量。编码增加，Kappa随之变高。基于模拟研究，Bakeman 及其同事得出结论：对容易犯错的观察者/评分员，编码越少Kappa 值越低。而且，与Sim & Wright 关于发生率prevalence的表述一致，编码严格等概率时Kappa 值更高。因此Bakeman 等人总结说“没有一个Kappa 值是被普遍接受的”[11]:357。他们甚至提供了一个程序，从特定的编码数量及其概率和观察者精度计算出Kappa 值。如：设等概率编码且观察者85%的准确率，当编码数分别为2、3、5、10时，kappa 值对应是0.49、0.60、0.66、0.69。

虽然如此，一些文献还是提出了大小准则。第一个大概是Landis和Koch [12]，他们这样划分：值<0为不吻合，0~0.20轻微slight，0.21~0.40正常fair，0.41~0.60中度moderate吻合，0.61~0.80可观substantial，0.81~1几乎完全吻合。但这一套划分准则并没有被普遍接受；Landis 和Koch 是只是主观判定，没有给出证据支持。人们注意到这些准则可能弊大于利 [13]。Fleiss [14]:218 的准则同样武断地将Kappa 值划分为大于0.75为优秀，0.40~0.75为正常至良好，低于0.40为差。

加权Kappa

加权Kappa用于计算不同的分歧 [15]，当编码是有序的情况下尤其有用 [7]:66。涉及三个矩阵：观察到的评分矩阵、基于随机吻合的期望评分矩阵、以及权重矩阵。权重矩阵对角线上的单元代表吻合，因此由0构成。非对角单元中的权重值代表分歧的严重程度。通常，单元距离对角线为1时权重设为1，距离为2的单元权重设2，一次类推。

加权κ的计算公式为：

其中，k是编码数量，、、分别是权重、观察值、期望矩阵的元素。当权重矩阵对角线元素为0，非对角线元素为1时，公式就退化成上面提到的Kappa公式。

Kappa 最大值

Kappa 假定其理论最大值是1，当且仅当俩观察者的编码分布相同，即对应的行和列的和相等。尽管如此，假定分布不相同所能达到的最大Kappa 值有助于解释实际获得的kappa值。

Kappa 最大值方程是：

其中，，一般，，k 是编码数， 是行概率，而 是列概率。

另见

• Fleiss‘s Kappa
• 类间相关性 Intraclass correlation

参考文献

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原文出处：http://blog.csdn.net/nudtgk2000/article/details/8269759