倾向得分匹配（Propensity Score Matching，PSM）

倾向得分匹配（Propensity Score Matching，PSM）

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_43156294/article/details/139818394

倾向得分匹配（Propensity Score Matching，PSM）是一种统计学方法，用于处理观察研究中的偏差问题。这种方法通过计算每个个体接受某种处理（例如，参与某个项目、接受某种治疗等）的概率，然后根据这个概率将实验组和对照组的个体进行匹配，使得两组在关键变量上具有可比性。PSM的目的是模拟随机分配的效果，从而减少由于非随机分配带来的选择偏差，使得因果推断更为准确。

一、基本原理

首先使用logit或probit回归等统计模型，根据一组预先选定的协变量来估计每个个体接受处理的概率，这个概率被称为倾向得分（Propensity Score）。然后，根据倾向得分将实验组和对照组的个体进行匹配，以确保两组在关键变量上的分布尽可能相似。

PSM可以结合双重差分模型（DID）使用，形成PSM-DID模型，以处理更为复杂的因果推断问题。例如，在政策评估中，PSM-DID模型可以帮助研究者识别政策实施前后的变化，同时控制其他变量的影响，从而更准确地估计政策效应。

在实际应用中，PSM需要仔细选择协变量，并进行匹配效果的检验，以确保匹配后的样本在关键变量上达到平衡。

二、主要步骤

倾向得分匹配（Propensity Score Matching，PSM）的统计过程通常包括以下几个主要步骤：

1. 定义处理变量（Treatment Variable）：

• 确定实验组和对照组的分组变量，通常用0和1表示，其中1代表接受处理的个体，0代表未接受处理的个体。

2. 选择协变量（Covariates Selection）：

• 选择可能影响处理分配和结果变量的协变量。这些协变量应该在处理分配之前就已经被观察到。

3. 估计倾向得分（Estimation of Propensity Score）：

• 使用回归模型（如logit或probit模型）来估计每个个体接受处理的概率。模型通常形式为：logit(treat)=x ′ β+ϵ，，其中 x 是协变量向量，β 是回归系数，ϵ 是误差项。

4. 计算倾向得分（Calculation of Propensity Score）：

• 根据回归模型的系数，计算每个个体的倾向得分，即个体接受处理的概率。

5. 匹配（Matching）：

• 根据倾向得分将实验组和对照组的个体进行匹配。匹配方法可以包括最近邻匹配、核匹配、半径匹配等。

6. 匹配效果评估（Assessment of Matching Quality）：

• 检查匹配后的数据是否在关键协变量上达到平衡。可以使用平衡性检验，如t检验、卡方检验等，来评估协变量在匹配样本中的分布差异。

7. 估计处理效应（Estimation of Treatment Effect）：

• 在匹配后的样本上估计处理效应。这可以通过比较实验组和对照组的平均结果差异来实现。

8. 稳健性检验（Robustness Checks）：

• 进行稳健性检验，如敏感性分析，以评估匹配结果对于不同参数选择的稳健性。

9. 报告结果（Reporting Results）：

• 报告匹配后的估计结果，包括处理效应的大小、统计显著性以及匹配质量的评估。

PSM是一种在观察性研究中用于因果推断的有力工具，它通过匹配技术减少选择偏差，提高估计的准确性。然而，PSM的有效性依赖于正确的协变量选择、良好的匹配质量和合理的模型假设。

三、应用场景

1. 医学研究：

• 用于评估某种治疗或药物的效果，特别是在随机对照试验不可行的情况下。

2. 公共卫生：

• 比如研究吸烟、饮酒等行为对健康的影响。

3. 经济学：

• 评估政策变化、教育投资等对经济结果的影响。

4. 社会科学：

• 用于分析社会干预措施的效果，如职业培训项目对就业的影响。

5. 互联网和商业分析：

• 评估营销活动、促销政策或产品特性变更对用户行为的影响。

6. 临床研究：

• 处理患者基线数据不平衡的问题，提高数据的可比性。

7. 政策评估：

• 用于评估政策变化对特定群体的影响，如教育政策、税收政策等。

8. 市场研究：

• 评估广告、价格变动或新产品推出对销售的影响。

9. 教育研究：

• 评估不同教学方法或教育干预对学生学业成绩的影响。

10. 房地产评估：

• 评估房屋特征、位置等因素对房价的影响。

PSM特别适用于那些难以进行随机分配实验的情况，它通过匹配实验组和对照组中相似的个体，来模拟随机分配的效果，从而减少选择偏差，提高因果推断的准确性。

四、软件工具

PSM的实现通常需要借助统计软件：

1. Stata：

• Stata的
  psmatch2
  、
  pscore
  和
  nnmatch
  模块，可以通过Stata的命令行安装和使用这些模块。

2. SPSS：

• SPSS是一款广泛使用的统计分析软件，自22.0版本起，它提供了内置的1:1倾向评分匹配功能。对于更高级的匹配需求，如1:M匹配，可以通过安装额外的插件来实现。

3. R语言：

• R语言包支持PSM，例如
  MatchIt
  、
  cobalt
  等，用户可以根据需要选择相应的包进行分析。

4. SAS：

• SAS是一款用于统计分析的软件套件，它提供了一系列的统计过程，用户可以通过编写程序来实现PSM分析。

5. Python：

• Python是一种广泛使用的高级编程语言，其数据分析库如
  pandas
  、
  scikit-learn
  等可以辅助实现PSM的各个步骤。

6. Excel：

• 对于数据量较小的情况，也可以使用Excel进行简单的PSM分析，但通常需要手动操作，不够高效。

使用这些软件工具时，研究者需要根据数据的特点和研究需求选择合适的匹配方法和参数，以确保分析结果的准确性和可靠性。