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Aberrant Behavior of Pearson's Correlation Coefficient and its remedy

Research Project

Project/Area Number 18K03048
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 10020:Educational psychology-related
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

Shiina Kempei  早稲田大学, 教育・総合科学学術院, 教授 (60187317)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 久保 沙織  東北大学, 高度教養教育・学生支援機構, 准教授 (70631943)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords相関係数 / バイアス / polychoric相関係数 / 評定尺度 / ポリコリック相関係数
Outline of Final Research Achievements

The range of Pearson's correlation coefficient r is said to be [-1,1], but we found a serious bias that the absolute value cannot attain 1 when the number of categories of the two variables are different. So we did the following:
We first thoroughly investigated the reality of the bias. The expected value of the sample correlation coefficient was robustly underestimated, and it was revealed that this bias decreased as the number of categories increased. We attempted to convey this fact to everyone who uses the correlation coefficient. We also investigated how the bias affects other statistical methods. Finally, in order to remove the bias, we proposed a new calculation method: the polychoric correlation coefficient using the EM algorithm.
We also conducted a historical study of the rating scale.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

相関係数は非常に多くの学問領域で統計的手法の基本要素として使用されている。本研究で明らかにした相関係数のバイアスは統計解析を危険にさらす場合があるので、相関係数を使用するすべての科学者・実務家の共通認識とならなければならないだろう。バイアスが回帰分析、因子分析のような手法にどのような影響を与えるのかをさらに調べるのが今後の課題となる。
またバイアスを除去するための方法が必要となるが、本研究で提案したEMアルゴリズムを用いたpolychoric相関係数はこの点において貢献できるであろう。

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 8 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Evaluation of the Reliability Coefficient Based on a Confirmatory Factor Analysis With Ordered Category Data:2021

    • Author(s)
      Onoshima Takahiro、Shiina Kenpei
    • Journal Title

      The Japanese Journal of Educational Psychology

      Volume: 69 Issue: 3 Pages: 281-296

    • DOI

      10.5926/jjep.69.281

    • NAID

      130008116919

    • ISSN
      0021-5015, 2186-3075
    • Year and Date
      2021-09-30
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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Commentary: The Historical Roots of Visual Analog Scale in Psychology as Revealed by Reference Publication Year Spectroscopy2021

    • Author(s)
      Shiina Kenpei
    • Journal Title

      Frontiers in Human Neuroscience

      Volume: 15

    • DOI

      10.3389/fnhum.2021.711691

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Small Catalogue of Classical Rating Scales2021

    • Author(s)
      椎名乾平
    • Journal Title

      学術研究(人文科学・社会科学編)

      Volume: 69 Pages: 93-118

    • NAID

      120006997243

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  • [Journal Article] A Small Catalogue of Classical Rating Scales2021

    • Author(s)
      椎名乾平
    • Journal Title

      学術研究(人文科学・社会科学編)(早稲田大学 教育・総合科学学術院)

      Volume: 69 Pages: 93-118

    • NAID

      120006997243

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  • [Journal Article] 順序カテゴリデータへの確認的因子分析に基づく信頼性係数の評価 -モデルが正しく特定された場合と誤特定された場合の比較-2021

    • Author(s)
      小野島昂洋・椎名乾平
    • Journal Title

      教育心理学研究

      Volume: 印刷中 Pages: 0-0

    • NAID

      130008116919

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  • [Journal Article] Decline of Pearson's r with categorization of variables: a large-scale simulation2019

    • Author(s)
      Onoshima Takahiro, Shiina Kenpei, Ueda Takashi, Kubo Saori
    • Journal Title

      Behaviormetrika

      Volume: 46 Issue: 2 Pages: 389-399

    • DOI

      10.1007/s41237-019-00089-1

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    • Author(s)
      小野島昂洋・椎名乾平
    • Journal Title

      コンピュータ & 工デュケーション

      Volume: 47 Pages: 25-30

    • NAID

      130007851263

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  • [Journal Article] 20世紀初頭における我が国での相関係数の普及について2019

    • Author(s)
      椎名乾平
    • Journal Title

      学術研究(人文科学・社会科学編)(早稲田大学 教育・総合科学学術院)

      Volume: 68 Pages: 75-85

    • NAID

      40022219923

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  • [Journal Article] Polychoric Correlations for Ordered Categories Using the EM Algorithm2018

    • Author(s)
      Shiina Kenpei、Ueda Takashi、Kubo Saori
    • Journal Title

      In Quantitative Psychology - The 82nd Annual Meeting of the Psychometric Society, Zurich, Switzerland,

      Volume: 0 Pages: 247-259

    • DOI

      10.1007/978-3-319-77249-3_21

    • ISBN
      9783319772486, 9783319772493
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      統計数理研究所共同研究リポート412 統計教育実践研究

      Volume: 11 Pages: 41-44

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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