Universidade de Lisboa Faculdade de Ciências Departamento de Estatística e Investigação Operacional - PDF
Download "Universidade de Lisboa Faculdade de Ciências Departamento de Estatística e Investigação Operacional"
Alice Gabeira Ribeiro
1 Universidade de Lisboa Faculdade de Ciências Departamento de Estatística e Investigação Operacional Aplicação do Modelo de Regressão Logística num Estudo de Mercado Cleidy Isolete Silva Cabral Projeto Mestrado em Matemática Aplicada à Economia e à Gestão 2013
2 Universidade de Lisboa Faculdade de Ciências Departamento de Estatística e Investigação Operacional Aplicação do Modelo de Regressão Logística num Estudo de Mercado Cleidy Isolete Silva Cabral Projeto Mestrado em Matemática Aplicada à Economia e à Gestão Orientador: João José Ferreira Gomes 2013
3 AGRADECIMENTOS Agradeço à minha família, especialmente aos meus pais, Aguinaldo Cabral e Eurisanda Silva, que sempre me apoiaram e acreditaram em mim. Aos meus irmãos, Christienne Cabral, Cellice Cabral, Amin Lopes e Diego Cabral, pois são eles as pessoas mais importantes da minha vida. Ao CEFAR, agradeço pelos dados disponibilizados, sem os quais não seria possível realizar este trabalho. À Dra. Suzete Costa por ter autorizado este estudo. Agradeço aos meus orientadores de estágio, Zilda Mendes e João Gomes, pelas sugestões, pela disponibilidade e por todo o apoio prestado. Agradeço também a todos os membros do CEFAR, nomeadamente à Patrícia Ferreira e ao José Pedro Guerreiro que sempre se prontificaram a ajudar e a esclarecer quaisquer dúvidas que eventualmente apareciam. Agradeço à Ana Paula David, Sonia Romano e Paulo Carvalhas pelo carinho e atenção. Agradeço ainda à Marta Gomes por toda a amizade. Agradeço às minhas colegas de casa, Edilina Pinheiro, Silvana Oliveira e Zelinda Santos, e ao meu namorado, Stivon Silva, que foram a minha segunda família e o meu apoio desde que cá estou. 2
4 PREFÁCIO Este trabalho consiste num relatório de estágio, para obtenção do grau de mestre em Matemática Aplicada à Economia e Gestão, pela Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. Estágio este realizado no Centro de Estudos e Avaliação em Saúde (CEFAR) sob a orientação de Zilda Mendes. No presente trabalho será apresentado um estudo de mercado realizado pelo CEFAR, onde o principal objectivo é avaliar a posição da marca em relação à concorrência no mercado de venda de produtos para o tratamento de Eczema/Eczema atópico e Psoríase. Será aplicado um modelo de regressão logística onde a variável resposta é o consumo, ou não, de produtos de uma determinada marca, identificando o conjunto de variáveis que melhor explicam a utilização desses produtos. Este trabalho é composto por 4 capítulos distintos. No primeiro capítulo, faremos uma breve introdução ao estudo de mercado, ilustrando o objectivo e as áreas de aplicação desse estudo. Seguidamente, apresentaremos o CEFAR, expondo a metodologia que utilizaram para a recolha de informação, a dimensão da amostra e as variáveis em estudo. No capítulo seguinte, introduziremos a análise de regressão logística univariada e posteriormente a regressão logística multivariada. Iniciaremos, em seguida, a análise prática, fazendo a análise descritiva dos dados, comparando os utilizadores dos produtos da concorrência com os utilizadores dos produtos da marca. Após esta análise, aplicar-se-á um modelo de regressão logística utilizando o método stepwise para a seleção das covariáveis de interesse. Por fim, serão apresentadas as conclusões do estudo. Palavras-chave: Modelo de Regressão Logística, Estudo de Mercado, Método Stepwise, Eczema Atópico, Psoríase 3
5 PREFACE This internship report was developed in order to obtain the Master Degree in Matemática Aplicada à Economia e à Gestão, at Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa. This internship was carried out in Centre for Health Evaluation & Research (CEFAR), under the supervision of MSc Zilda Mendes. Throughout this report it will be described a market research performed by CEFAR, where the main purpose was to assess the market position, of a determined brand, towards competitors in products for the treatment of Eczema/ Atopic Eczema and Psoriasis. This report focuses on the utilization of Logistic Regression Methods where the outcome variable is binary, consumption or not of products of a determined brand, identifying the best fitting model to describe the relationship between the outcome variable and the set of independent variable. This report is organized into four different chapters. In the first one, a brief introduction of market research, showing the purpose and application areas of these studies. Afterwards CEFAR was introduced, showing methods used for data collection, sample size estimation and definition of variables under study. In the second chapter was introduced logistic regression model in the univariate context and then for the multivariate case. Through the third chapter the practical performance was described, making a descriptive analysis of the data, comparing competitive products users with the brand users. After this analysis, model of logistic regression was applied using the stepwise method for selection of covariates of interest. Finally, in the fourth and last chapter the study final conclusions were reported. Keywords: Logistic Regression Model, Market Research, Stepwise Method, Psoriasis, Atopic Eczema 4
6 ÍNDICE CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO ESTUDO DE MERCADO CEFAR - CENTRO DE ESTUDOS E AVALIAÇÃO EM SAÚDE INTRODUÇÃO METODOLOGIA OBJETIVO VARIÁVEIS EM ESTUDO CAPITULO II REGRESSÃO LOGÍSTICA INTRODUÇÃO REGRESSÃO LOGÍSTICA UNIVARIADA TRANSFORMAÇÃO LOGIT ESTIMAÇÃO DOS PARÂMETROS AJUSTAMENTO DO MODELO REGRESSÃO LOGÍSTICA MÚLTIPLA AJUSTAMENTO DO MODELO A MATRIZ DE INFORMAÇÃO DE FISHER TESTE À SIGNIFICÂNCIA DO MODELO INTERPRETAÇÃO DOS COEFICIENTES ESTIMADOS VARIÁVEIS INDEPENDENTES DICOTÓMICAS VARIÁVEIS INDEPENDENTES POLICOTÓMICAS VARIÁVEL INDEPENDENTE CONTÍNUA LINEARIDADE NO LOGIT MÉTODO DOS QUARTIS ESTRATÉGIA PARA A CONSTRUÇÃO DO MODELO SELEÇÃO DE VARIÁVEIS UM MÉTODO PARA A SELEÇÃO DE VARIÁVEIS DIAGNÓSTICO DO MODELO RESÍDUOS DE PEARSON RESÍDUOS DE DEVIANCE RESÍDUDOS DE PEARSON STANDARTIZADOS
7 TESTE DE HOSMER-LEMESHOW A CURVA ROC CAPITULO III - RESULTADOS CONSTRUÇÃO DO MODELO METODOLOGIA/SOFTWARE UTILIZADO ANÁLISE DESCRITIVA ANÁLISE UNIVARIADA SELEÇÃO DE VARIÁVEIS PARA O MODELO MULTIVARIADO VARIÁVEIS A CONSIDERAR NO MODELO MULTIVARIADO SELEÇÃO STEPWISE LINEARIDADE NO LOGIT INTERPRETAÇÃO DOS COEFICIENTES DO MODELO FINAL DIAGNÓSTICO DO MODELO TABELA DE CONTINGÊNCIA CURVA ROC TESTE DE HOSMER-LEMESHOW, PEARSON E DEVIANCE CAPITULO IV CONCLUSÕES
8 ÍNDICE DE TABELAS TABELA 1: VARIÁVEIS EM ESTUDO E AS RESPECTIVAS CATEGORIAS TABELA 2: REGRESSÃO UNIVARIADA PARA A VARIÁVEL IDADE TABELA 3: REGRESSÃO UNIVARIADA PARA A VARIÁVEL PRIMEIRA VEZ TABELA 4: DIAGNÓSTICOS QUE MOTIVARAM A COMPRA TABELA 5: REGRESSÃO UNIVARIADA PARA O DIAGNÓSTICO DE ECZEMA TABELA 6: REGRESSÃO UNIVARIADA PARA O DIAGNÓSTICO DE PSORÍASE TABELA 7: OUTRO DIAGNÓSTICO PARA OS PRODUTOS CONCORRENTES TABELA 8: REGRESSÃO UNIVARIADA PARA A VARIÁVEL ESPECIALIDADE MÉDICA TABELA 9: OUTRAS ESPECIALIDADES MÉDICAS TABELA 10: REGRESSÃO UNIVARIADA PARA A VARIÁVEL ORIGEM TABELA 11: OUTRA ESPECIALIDADE MÉDICA ANTERIOR TABELA 12: VARIÁVEIS CANDIDATAS AO MODELO MULTIVARIADO TABELA 13: PRIMEIRO PASSO PARA O PROCEDIMENTO DE SELEÇÃO DE VARIÁVEIS TABELA 14: SEGUNDO PASSO PARA O PROCEDIMENTO DE SELEÇÃO DE VARIÁVEIS TABELA 15: TERCEIRO PASSO PARA O PROCEDIMENTO DE SELEÇÃO DE VARIÁVEIS TABELA 16: QUARTO PASSO PARA O PROCEDIMENTO DE SELEÇÃO DE VARIÁVEIS TABELA 17: TABELA DE CLASSIFICAÇÃO TABELA 18: PARTIÇÃO PARA O TESTE DE HOSMER- LEMESHOW ÍNDICE DE FIGURAS GRÁFICO 1: SENSIBILIDADE VS ESPECIFICADE GRÁFICO 2: DISTRIBUIÇÃO DOS UTILIZADORES POR TIPO DE PRODUTO GRÁFICO 3: DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES, POR MARCA, SEGUNDO O SEXO GRÁFICO 4: DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES, POR MARCA, SEGUNDO A CLASSE ETÁRIA GRÁFICO 5: DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES, POR MARCA, SEGUNDO A PRIMEIRA VEZ GRÁFICO 6: DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES, POR MARCA, SEGUNDO O DIAGNÓSTICO GRÁFICO 7: DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES DA CONCORRÊNCIA, SEGUNDO O MOTIVO DE COMPRA GRÁFICO 8:DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES DA MARCA, SEGUNDO O MOTIVO DE COMPRA GRÁFICO 9: DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES POR MARCA, POR ESPECIALIDADE MÉDICA GRÁFICO 10: DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES, POR MARCA, SEGUNDO A ORIGEM DA PRESCRIÇÃO GRÁFICO 11: DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES, POR MARCA, SEGUNDO O MOTIVO ANTERIOR GRÁFICO 12: DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES, POR MARCA, SEGUNDO A ESPECIALIDADE ANTERIOR GRÁFICO 13: DISTRIBUIÇÃO DOS RESPONDENTES DA CONCORRÊNCIA, POR SUBSTITUIÇÃO GRÁFICO 14: LINEARIDADE NO LOGIT GRÁFICO 15: CURVA DE ROC
9 CAPÍTULO I INTRODUÇÃO 8
10 CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO 1. ESTUDO DE MERCADO Qualquer empresa que se orienta numa ótica de marketing necessita de um conjunto de dados e/ou indicadores quer sobre o próprio mercado, quer sobre os consumidores/clientes e a concorrência a fim de planear, controlar e executar todo o processo de gestão e/ou delinear estratégias a prosseguir. A palavra-chave para um bom desempenho e concretização das funções de marketing é a informação. Por isso é imprescindível para qualquer empresa orientada na ótica do marketing, a implementação de um Sistema de Informação de Marketing. Segundo Kotler, o Sistema de Informação de Marketing (SIM) pode ser definido como: A ação conjunta de pessoas, equipamentos e métodos visando a recolha, tratamento, análise, avaliação e distribuição em devido tempo de toda a informação atualizada e necessária para a tomada das mais adequadas decisões de marketing. (Lopes, 2007) Um Sistema de Informação de Marketing concretiza ou materializa as suas funções através de 4 vertentes: dados internos, notícias de marketing, suporte das decisões de marketing e estudos de mercado. Destes, o estudo do mercado é o mais conhecido e mais aplicado pela gestão de marketing. Define-se estudo de mercado como um processo sistemático e objetivo de recolha e consequente fornecimento da informação necessária e indispensável para a tomada de decisões por parte das gestão/direção de marketing. Sintetizando, os estudos de mercado auxiliam o marketing não só a detetar e avaliar qualitativa e quantitativamente as necessidades e/ou preferências dos consumidores, o impacto das ações de marketing levadas a cabo e ainda os hábitos e comportamentos dos consumidores face a todas as variáveis do marketing-mix. As áreas de aplicação do estudo de mercado são o Mercado, o Consumidor e a Concorrência. Este estudo foca tanto o consumidor como a concorrência. No que diz respeito ao consumidor, pretende-se conhece-lo em pormenor de modo a permitir a sua mais adequada segmentação e caracterização. Quanto á concorrência pretende-se responder a questões como: Que implantação têm? Que grau de preferência têm junto do consumidor? Como se comportam relativamente aos nossos? Quais os seus pontos fortes e fracos? 9
11 2. CEFAR - CENTRO DE ESTUDOS E AVALIAÇÃO EM SAÚDE 2.1. INTRODUÇÃO O Centro de Estudos e Avaliação em Saúde (CEFAR) é um departamento da Associação Nacional das Farmácias (ANF) fundada em Janeiro de As áreas de especialização desse departamento são a investigação e consultoria científica sobre o medicamento e saúde. O CEFAR desenvolve estudos nas áreas de farmacoepidemiologia, estatística aplicada à saúde, economia da saúde, observatório da farmácia e outcome research. Para além destas áreas também realiza estudos de mercado - foi neste âmbito que decidi fazer este relatório de estágio baseando-me num estudo de mercado no qual eu também tomei parte. O principal objetivo desse estudo foi avaliar o perfil de consumidores de produtos para o tratamento de Eczema/Eczema atópico e Psoríase. O Eczema/Eczema atópico é uma doença de pele caracterizada pela inflamação e comichão. Manifesta-se habitualmente nos primeiros meses de vida e mais raramente em adultos jovens. À tendência para este tipo de doenças chama-se atopia. Os atópicos têm a pele seca e áspera. Caracteristicamente sentem prurido (comichão) quando transpiram facto que, aliado à já referida secura cutânea e a uma típica diminuição do seu limiar de sensibilidade para o prurido, os leva a coçar permanentemente o corpo. A Psoríase é uma doença inflamatória que se manifesta principalmente na pele, mas que também pode atingir outras áreas, como as articulações ou as unhas. É relativamente frequente, afetando cerca de 2% da população. Surge frequentemente no adulto jovem, mas pode aparecer em qualquer idade METODOLOGIA Para a recolha de informação foi elaborado um questionário a ser aplicado nas farmácias, nos meses de Março a Junho de Neste questionário, pretendia-se, antes de mais, obter informações sobre o nome do produto adquirido e o respetivo código (CNP). Para obter informações acerca do utilizador, foram introduzidas as variáveis sexo, idade, primeira vez, diagnóstico que motivou a compra e o motivo da compra. Caso o motivo da compra fosse especialidade médica, era pedido ao utilizador que indicasse a especialidade do médico prescritor e a origem da prescrição. 10
12 Para os utilizadores que adquiriram o produto anteriormente, pedia-se que indicassem o motivo da compra anterior. Caso esse motivo fosse prescrição médica, pedia-se também a especialidade do médico. Por último, pretendia-se ainda saber se houve substituição de produtos da marca por produtos da concorrência e caso tal ocorresse, pedia-se o nome do produto. Enviou-se um convite a 1500 Farmácias filiadas da ANF das quais, 200 enviaram informação que resultou numa amostra de 1786 questionários válidos para análise. Esse questionário foi dirigido a todos os doentes que se deslocassem à farmácia para adquirir um dos seguintes produtos para o tratamento de Eczema / Eczema atópico ou Psoríase: Lut Xeramance, Leti At4, Dermalex, Nutratopic, Atoderm, A-Derma Exomega e A-Derma Atopicas. Mesmo que o adquirente seja um terceiro, deverá preencher o questionário com as características do doente utilizador final do produto OBJETIVO O principal objetivo deste estudo é analisar o perfil dos doentes que sofrem de Eczema/Eczema atópico e Psoríase e caracterizar o que motivou a compra de um produto de saúde para o tratamento dessas doenças. No caso de existir prescrição médica identificar a especialidade médica do prescritor e identificar a origem da prescrição. Pretende-se ainda fazer um estudo comparativo entre os doentes que adquirem produtos de uma marca em relação à concorrência. Por último, pretende-se ajustar um modelo de regressão logística, em que a variável resposta é dicotómica entre consumir, ou não, produtos de determinada marca. 11
13 2.4. VARIÁVEIS EM ESTUDO A tabela seguinte ilustra as variáveis em estudo e as respectivas categorias. TABELA 1: VARIÁVEIS EM ESTUDO E AS RESPECTIVAS CATEGORIAS Variáveis Produto Sexo Idade Primeira Vez Diagnóstico eczema Diagnóstico psoriase Diagnóstico outro Motivo Especialidade médica Categorias Nome CNP 1-Masculino 2-Feminio Anos 1 - Sim 2- Não -1- Sim 0 - Não -1- Sim 0 - Não Nome 1 - Iniciativa própria 2- Amigo e ou Familiar 3 - Publicidade (TV/revistas) 4 - Recomendação da Farmácia 5 - Outro profissional de Saúde 6 - Prescrição médica 1 - Pediatra 2 - Dermatologista 3 - Médico Clinica Geral Familiar 4 - Outra 12
14 Variáveis Origem Categorias 1-Hospital Público 2- Centro de Saúde 3 - Hospital Privado Motivo anterior 1 - Iniciativa própria Especialidade anterior médica 2- Amigo e ou Familiar 3 - Publicidade (TV/revistas) 4 - Recomendação da Farmácia 5 - Outro profissional de Saúde 6 - Prescrição médica 1 - Pediatra 2 - Dermatologista 3 - Médico Clinica Geral Familiar 4 - outra Substituição da marca por produto da concorrência 1 - Sim 2- Não 13
15 CAPÍTULO II REGRESSÃO LOGÍSTICA 14
16 CAPITULO II REGRESSÃO LOGÍSTICA 1. INTRODUÇÃO Os modelos de regressão constituem uma das ferramentas estatísticas mais importantes na análise estatística de dados quando se pretende modelar relações entre variáveis. O principal objetivo destes modelos é explorar a relação entre uma ou mais variáveis explicativas (ou independentes) e uma variável resposta (ou dependente). Um dos casos particulares dos modelos lineares generalizados são os modelos onde a variável resposta apresenta apenas duas categorias ou que de alguma forma foi dicotomizada assumindo valores 0 ou 1 sendo o modelo de regressão logística o mais popular desses modelos. A regressão logística é uma técnica estatística que tem como objetivo modelar, a partir de um conjunto de observações, a relação logística entre uma variável resposta dicotómica e uma serie de variáveis explicativas numéricas (continuas, discretas) e/ou categóricas. 2. REGRESSÃO LOGÍSTICA UNIVARIADA Na regressão logística, a variável resposta é dicotómica, atribuindo-se o valor 1 ao acontecimento de interesse (sucesso) e 0 ao acontecimento complementar (incucesso). Em qualquer regressão a quantidade chave é o valor médio da variável resposta dado o valor da variável independente. Esta quantidade é chamada valor médio condicional e é expressa como [ ] onde Y representa a variável resposta e X a variável explicativa. A quantidade [ ] é lida como valor esperado de Y dado X=x No modelo de regressão linear, admitimos que o valor médio condicional, pode ser expresso como uma equação linear em x: [ ] ( 1 ) Note-se que [ ] pode assumir valores entre - e +. De modo a simplificar a notação consideremos, ( ) [ ]l. No modelo de regressão logística, no caso em que a variável resposta toma 2 valores distintos, assume-se que: ( ) ( 2 ) 15
17 3. TRANSFORMAÇÃO LOGIT Uma transformação fulcral no estudo dos modelos de regressão logística é a transformação logit cujo objetivo é linearizar o modelo, aplicando o logaritmo. Essa transformação define-se como: ( ) ( ( ) ( ) ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Esta transformação assume especial importância pois o modelo com esta transformação possui diversas propriedades do modelo de regressão linear; A função logit, é linear nos parâmetros; Pode ser continua; Os seus valores podem variar em. Esta transformação é chamada transformação logit de (x). A razão ( ) ( ) é chamada Odds ESTIMAÇÃO DOS PARÂMETROS Na regressão linear a variável resposta pode ser expressa como [ ], onde a quantidade é o erro e expressa o desvio de uma observação em relação à média. Parte-se do pressuposto que o erro segue uma distribuição Normal com média zero e variância constante. Mas no caso onde temos uma variável dicotómica isto não acontece. O erro ( ) pode assumir apenas dois valores: ( ) ( ), ( ) ( ) ( 3 ) ( ) ( ), ( ) ( ) ( 4 ) 16
18 Então, tem uma distribuição com média zero e variância ( )[ ( )]. Assim, a distribuição condicional da resposta é uma distribuição Bernoulli com parâmetro ( ) AJUSTAMENTO DO MODELO Considere-se um elemento genérico da População com características ( representemo-lo pela variável aleatória, com distribuição de probabilidade Bernoulli, função de probabilidade desta v.a. é ) e. A ( ) ( ) ( ( )) { } ( 5 ) Suponhamos agora que temos uma amostra com n observações independentes do par ( ) i=1,2,n onde é o valor da variável dicotómica e é o i-ésimo valor da variável independente. Para ajustar o modelo é preciso estimar β₀ e β₁, os parâmetros desconhecidos. O método utilizado para a estimação dos parâmetros é o método de máxima verosimilhança. A função massa de probabilidade é dada por: ( ) ( ) ( ( )) { } ( 6 ) Assumindo a independência das observações a função de verosimilhança é obtida como o produto dos termos da expressão (6). ( ) ( ) = ( ) ( ( )) ( 7 ) A expressão da log- verosimilhança é definida como ( ) [ ( )] [ ( ) ( ( )) ] = { [ ( )] ( ) [ ( )]} = { [ ( )] ( ) [ ( )]} = { [ ( ) ( ) ] [ ( )]} Substituindo ( ) ( ( ) ) por (1) e (2) respectivamente, obtém-se: ( )= [ ( ) [ ]] [ ( ) ( ) ( )] 17
19 [ ( ) ( )] [ ( )] O valor β que maximiza [ ( )] é obtido após derivar ( ) em relação aos parâmetros ( ). Derivando em ordem aos parâmetros obtém-se: [ ( )] [ ] = [ ( )] ( 8 ) [ ( )] [ ]= [ ( )] ( 9 ) Essas expressões são equações não lineares nos parâmetros, portanto são necessários métodos iterativos para sua resolução. O método mais utilizado, na maioria dos softwares estatísticos é o método de Newton-Raphson. 4. REGRESSÃO LOGÍSTICA MÚLTIPLA Na secção anterior introduzimos o modelo de regressão logística univariado, ou seja, para o caso onde temos uma única variável independente. Consideremos agora o caso onde se tem um conjunto de p variáveis independentes expresso pelo vector ( ). Neste caso, E(Y x)= ( ) com ( ) ( 10 ) e o logit da Regressão logística multipla é dado por ( ). ( 11 ) 4.1. AJUSTAMENTO DO MODELO Suponhamos que temos uma amostra com n observações independentes do p+1 vetor ( ) i=1,2,,n onde é o valor da variável dicotómica e o i-ésimo valor do vetor de variáveis independentes. Para ajustar o modelo é preciso estimar ( ) O método utilizado no caso multivariado é novamente o método da Máxima Verosimilhança. Assumindo a independência das observações a função de verosimilhança é expressa por: ( ) [ ( )] { [ ( )] ( ) [ ( )]} ( 12 ) 18
20 = = [ ( )] 4.2. A MATRIZ DE INFORMAÇÃO DE FISHER A matriz de covariância dos coeficientes estimados é obtida a partir das derivadas parciais de segunda ordem do logaritmo da função de verosimilhança: [ ( )] [ ( )] ( 13 ) [ ( )] [ ( )] ( 14 ) Onde j, k=0,1,2,,p e representa ( ). Se for formada uma matriz quadrada de dimensão (p+1), constituída pelo simétrico dos valores médios dos termos referidos nas duas equações anteriores, obtém-se ( ), a chamada Matriz de Informação. As variâncias dos coeficientes e as covariâncias entre os coeficientes estimados são obtidas por inversão desta matriz. Designar-se-á por ( ) o j-ésimo elemento da diagonal principal da matriz, ( ) ( ) a variância de, e por ( ) a covariância entre. Os estimadores da variância e da covariância, são obtidos de ( ) quando se substitui pelo seu estimador. Serão utilizados ( ) e ( ), com j, u=0,1,2,,p, para designar os valores da respetiva matriz. ( )=[ ] representa o erro estimado dos coeficientes encontrados. Usando notação matricial podemos escrever ( ), onde é uma matriz nx(p+1) contendo, além do vetor 1 os valores observados para as variáveis independentes, e matriz diagonal nxn, de elemento genérico ( ): é uma [ ] 19
21 ( ) ( ) [ ( )] 4.3. TESTE À SIGNIFICÂNCIA DO MODELO Uma vez ajustado o modelo, é necessário testar a significância do modelo estimado. Uma medida para testar essa significância é o teste da razão de verosimilhanças. Com este teste pretende-se testar simultaneamente se os coeficientes de regressão associados a são todos nulos com exceção de. A comparaçao dos valores observados e dos valores esperados usando o função de verosimilhança é baseada na seguinte expressão: [ ] [ ( ) ( ) ( )] ( 15 ) Onde, Modelo saturado o corresponde ao modelo com todas as variáveis e interacções e o Modelo corrente corresponde ao modelo com apenas as variáveis desejadas para o estudo A hipótese a testar é v.s Onde a estatística de teste é definida por: G = D (modelo sem as p variáveis) D (modelo com as p variáveis) [ ] ( ) ( 16 ) Ao rejeitarmos a hipótese nula podemos concluir que, pelo menos um dos coeficientes é estatisticamente diferente de zero. Assim antes de chegarmos a uma conclusão final, dever-seá testar se cada um dos coeficientes é significativamente diferente de zero, sendo para isso realizado o Teste de Wald, que passaremos a descrever. 20
22 TESTE DE WALD O teste de Wald testa se cada coeficiente é significativamente diferente de zero. Deste modo, o teste de Wald averigua se uma determinada variável independente apresenta uma relação estatisticamente significativa com a variável dependente. Então estamos interessados em testar: v.s A estatística de teste é dada por: ( ) ( ) ( 17 ) 4.4. INTERPRETAÇÃO DOS COEFICIENTES ESTIMADOS Nas secções anteriores descreveram-se métodos para ajustar e testar a significância do modelo de regressão logística. Uma vez ajustado o modelo e após avaliar a significância dos coeficientes estimados, é agora necessário interpretar os seus valores. Para que possamos interpretar os valores associados aos coeficientes do modelo de regressão logística, é conveniente proceder à análise de acordo com a natureza das variáveis independentes. Abordaremos três situações: variáveis dicotómicas, variáveis policotómicas (nominais ou ordinais com mais de duas categorias) e variáveis contínuas VARIÁVEIS INDEPENDENTES DICOTÓMICAS Suponhamos que X é uma variável explicativa e que está codificada em dois valores distintos o ou 1 levando a que ( ) possa apenas assumir os valores (0) e (1) e Y tenha a seguinte distribuição de probabilidade: X=0 X=1 Y=0 1- (0) 1- (1) Y=1 (0) (1) 21
23 Em que: ( ) ( ) 1- ( ) 1- ( ) Quando a característica X está presente (X=1) o ODDs é ( ) ( ). Da mesma maneira na ausência da característica, ou seja X=0 esse ODDS é Aplicando o logaritmo, ou seja a função logit, obtém-se: ( ) ( ). ( ) [ ( ) ( ) ] ( ) [ ( ) ( ) ] ( 18 ) A medida mais utilizada, em Regressão logística, é a Razão de ODDS, que é designada por OR (Odds Ratio), estimada da seguinte forma: ( ) ( ) ( ) ( ) ( 19 ) Aplicando o logaritmo obtém-se ( ) [ ( ) ( ) ] ( ) ( ) ( ) ( ) A esta diferença dá-se o nome de diferença logit. Simplificando a expressão OR, substituindo os valores de ( ) e ( ), de 1 - ( ) e de 1 - ( ) pelas expressões apresentadas anteriormente, vem ( ) ( ) ( ) ( ) 22
24 Para amostras suficientemente grandes, o estimador para i,, segue uma distribuição aproximadamente normal. Supondo válida essa aproximação à Normal dos, encontra-se primeiro o intervalo de confiança para, S ( ), onde representa o quantil de probabilidade ( ) da distribuição Normal de valor médio nulo e variância unitária e seguidamente para. Assim, o intervalo de 100(1-α)% de confiança para é dado por: ( ( )) ( 20 ) Se o intervalo de confiança contiver o valor 1, não existe relação significativa entre as variáveis em causa, X (como variável explicativa) e Y (como variável resposta) VARIÁVEIS INDEPENDENTES POLICOTÓMICAS Suponhamos agora que uma das variáveis independentes em estudo, tem mais do que duas categorias distintas. Então neste caso deveremos utilizar variáveis auxiliares designadas por variáveis Dummy ou variáveis Indicatrizes. Este tipo de variáveis assume os valores 0 ou 1. Se a variável nominal em estudo tiver m categorias distintas, então dever-se-ão criar m-1 variáveis Dummy indexadas a essa categoria. Categoria da variável X D₁ D₂ Variáveis Dummy Neste caso é necessário considerar uma categoria como grupo de referência, C 1. Pode-se então comparar uma qualquer categoria, com k = 2,, m, com a categoria de referência,. 23
25 O cálculo do OR é obtido da mesma forma que no caso das variáveis dicotómicas. O intervalo de confiança é obtido com cálculos idênticos aos já realizados anteriormente VARIÁVEL INDEPENDENTE CONTÍNUA Quando um modelo logístico contém uma variável independente continua, antes de fazer qualquer interpretação do seu coeficiente estimado, é conveniente testar a escala das variáveis contínuas LINEARIDADE NO LOGIT Neste caso ( ). representa o valor da mudança em g(x) quando o valor da variável x aumenta em uma unidade, pois ( ) ( ), para qualquer valor de x. Assim, é necessário saber de quantas unidades se deverá aumentar x, de modo que a interpretação seja considerada adequada. Seja k um valor ideal para a realização de uma boa interpretação tal que ( ) ( ).. Calculando a exponencial de obteremos o OR (x, x+k) onde o intervalo de 100%(1-α) de confiança vem dado por: ( ( )) ( 21 ) No caso de não se verificar a condição de linearidade no logit ou mesmo no caso em que a escolha de k seja difícil, poderá pôr-se a hipótese de categorizar a variável em estudo, em 2 ou mais categorias MÉTODO DOS QUARTIS Hosmer & Lemseshow (Hosmer & Lemeshow, 2000) sugerem um procedimento que permite verificar a hipótese de linearidade no logit, dando-nos a indicação de quantas categorias deverão ser criadas. Este procedimento é designado pelo Método dos Quartis e deverá seguir os seguintes passos: 1. Determinar os quartis associados á distribuição de frequências da variável. 2. Criar 3 variáveis Dummy baseadas nos quartis obtidos, sendo o primeiro considerado como a categoria de Referência. 3. Determinar os coeficientes estimados para estas 3 variáveis Dummy, através do modelo que contém todas as variáveis previamente selecionadas. 4. Proceder á estimação dos OR associada às 3 variáveis Dummy. 24
26 5. Construção de um gráfico, onde no eixo dos xx, estão representados os pontos médios dos quartis e no eixo dos yy, os valores dos coeficientes estimados das variáveis Dummy, no modelo multivariado. Após construir o gráfico procederemos à análise deste. Se a curva encontrada for aproximadamente linear poderemos concluir que a variável é linear no logit. Caso contrario a variável deverá ser categorizada ESTRATÉGIA PARA A CONSTRUÇÃO DO MODELO Na secção anterior focámos a estimação, testes de significância e interpretação dos coeficientes no modelo de regressão logística. Nesta secção, apresentaremos um método para a seleção de variáveis a incluir no modelo final. O principal objetivo de qualquer destes métodos é selecionar as variáveis que resultem no melhor modelo possível. De modo a ser cumprido esse objetivo é necessário: Um plano básico para a seleção de variáveis para o modelo. Um Método para determinar a adequabilidade dos modelos tanto em termos de cada variável como do ajustamento global SELEÇÃO DE VARIÁVEIS O processo de seleção de variáveis deve começar por uma análise univariada de todas a variáveis. Após essa análise, selecionar-se-ão as variáveis para a análise multivariada. O grau de importância de uma variável é medido pelo p-value de Wald. Quanto menor for este valor tanto mais importante será considerada a variável. Qualquer variável cujo p-value, referente ao teste de Wald, seja inferior ou igual a 0,20 ( ) deverá ser considerada como candidata ao modelo múltiplo. As variáveis candidatas a sair do modelo, são as que apresentam um p-value superior a 0,25 ( ). É no entanto possível forçar a entrada de uma variável cuja importância clínica seja relevante UM MÉTODO PARA A SELEÇÃO DE VARIÁVEIS Pretende-se selecionar o subconjunto de variáveis significativas, de entre todas aquelas que estão disponíveis. Para esta selecção usaremos um método de seleção stepwise. Consideremos que existem p variáveis independentes, todas consideradas importantes para explicar a variável resposta. Passaremos então a descrever o método, com inclusão 25
27 progressiva seguido de eliminação regressiva, com base numa regra de decisão critica como já foi referido. Passo (0): este passo inicia-se por ajustar um modelo contendo apenas os termos independentes, e calcula-se o valor do logaritmo da verosimilhança, que se designará por. De seguida ajusta-se vários modelos univariádos, um para cada uma das p variáveis independentes e calcula-se o valor do logaritmo da verosimilhança para cada um desses modelos. Designa-se por ( ), o logaritmo da verosimilhança para o modelo que contém a variável, no passo (0). O subscrito j refere-se à variável incluída no modelo e o sobrescrito refere-se ao passo. Esta notação será utilizada ao longo do processo do stepwise para controlar tanto o número de passo como o número de variáveis no modelo. Seja ( ) = ( ( ) ) o valor do teste da razão das verosimilhanças, para o modelo contendo a variável versus o modelo que contem apenas os termos constantes. Neste caso o p-value é determinado por ( ( ) ) ( ), onde ( ) caso a variável seja policotómica e caso a variável seja continua. A variável considerada estatisticamente mais importante é aquela que corresponde a um p- value menor. Seja Designando-se por passo (1) se ( ) ( ) = ( ( ) )., o p-value correspondente á variável mais importante, passa-se para o, caso contrário paramos por aqui. O subscrito é utilizado para indicar que a variável é candidata a entrar no passo (1). Passo(1) Este passo inicia-se com o ajustamento do modelo contendo apenas a variável que corresponde ao menor p-value. Seja essa variável e seja ( ) o logaritmo da verosimilhança para este modelo. Seguidamente é necessário determinar quais as variáveis importantes, das p-1, dado que o modelo já contém a variável. Ajustam-se p-1 variáveis modelos contendo a variável e, j=1,, p e j. Designa-se por ( ) o valor do logaritmo da verosimilhança que contém e, e seja a estatística do qui-quadrado do modelo ( ) = ( ( ) ( ) ). Considera-se tal como no passo anterior ( ), o p-value correspondente à estatística apresentada. 26
28 Seja a variável que deu origem ao menor p-value, neste passo (1). Considere tal como no passo anterior ( ) = ( ( ) ). Então prosseguimos ao passo seguinte se ( ) caso contrário paramos por aqui. Passo (2) Este passo inicia-se com o ajustamento do modelo contendo as variáveis e. Uma vez que estamos perante uma selecção de variáveis progressiva e regressiva, em simultâneo, é possível que ao incrementar a variável, a variável possa ter deixado de ser importante. Então esse passo possui a selecção regressiva. Seja ( ) o valor do logaritmo da verosimilhança, do modelo retirando a variável e seja a estatística do qui-quadrado do modelo sem a variável e do modelo com todas as duas variáveis, definida ( ) = ( ( ) ( ) ) e seja ainda ( ) o p-value correspondente. Seja, a variável que foi excluída do modelo cujo valor de p vem dado em ( ) ( ( ) ( ) ). Para decidir se a variável, será ou não removida do modelo, compara-se o valor de p com, sendo o valor de p para saída de variáveis do modelo. ( ) Então se, a variável será removida do modelo. Caso contrário deverá manter-se a variável no modelo. Na fase de seleção progressiva são ajustados p-2 modelo contendo, com j=1,2,, p,,. Calcula-se o logaritmo da verosimilhança para cada um dos modelos encontrados para cada um dos p-2 modelos à semelhança do passo (1), determina-se a estatística de teste da razão de verosimilhança para estes novos modelos versus o modelo contendo apenas as variáveis, determinando-se os respetivos p-value. Suponha-se que a variável é a variável que corresponde ao menor valor de p encontrado. Se este valor de p for menor que, prossegue-se para o passo (3), senão paramos por aqui Passo (n) este passo ocorre, se: Todas as p variáveis já entraram no modelo ou se todas as variáveis que constituem o modelo têm p-value inferiores ao valor de e todas as variáveis que não foram incluídas no modelo têm p-value superiores a. O modelo encontrado neste passo deverá conter todas as variáveis que foram consideradas estatisticamente importantes, de acordo com os valores de e escolhidos. 27
29 4.6. DIAGNÓSTICO DO MODELO Em qualquer modelo de regressão, é necessário proceder à análise dos resíduos para validação da qualidade do modelo estimado. Assim, pretende-se avaliar quais as distâncias entre os valores observados e os valores estimados. Existem diversas medidas de modo a detetar diferenças significativas entre os valores observados e os valores estimados. Existem dois tipos de resíduos possíveis que poderão ser utilizados para avaliar a qualidade do ajustamento: os resíduos de Pearson e os resíduos da Deviance RESÍDUOS DE PEARSON O resíduo de Pearson para o j-ésimo individuo é definido por: ( ) ( ), j=1,2, n ( 22 ) A estatística de teste global baseada nos Resíduos de Pearson designa-se por estatística de Qui-Quadrado de Pearson e é calculada da seguinte forma: ( ) ( ) ( 23 ) Uma estatística alternativa é obtida à custa dos Residuos da Deviance, ainda sob a mesma hipótese nula,, onde H 0 significa O modelo encontrado explica bem os dados RESÍDUOS DE DEVIANCE O resíduo de Deviance para o j-ésimo individuo é definido da seguinte forma: ( ) { [ ( ) ( ) ( )]} ( 24 ) A estatística a utilizar é: ( ) ( ) ( 25 ) RESÍDUDOS DE PEARSON STANDARTIZADOS Um procedimento mais adequado consiste em dividir os resíduos pelo valor estimado do seu desvio padrão. Este valor é aproximado por ( )( ) onde o é o j-ésimo elemento da diagonal da matriz ( ) dada por: 28
30 ( ), onde é uma matriz diagonal com n elementos ( ), X é uma matriz nxp, X é a transposta de X e é a matriz diagonal em que os seus elementos são iguais à raiz quadrada dos elementos da matriz. Posto isto os resíduos standartizados são dados por: ( 26 ) Uma estatística de diagnóstico extremamente útil é aquela que examina o efeito provocado pela eliminação de uma observação, nos coeficientes estimados, para os coeficientes do modelo e pode ser representada da seguinte forma ( 27 ) TESTE DE HOSMER-LEMESHOW É usual agrupara os valores de X e Y, constituindo g grupos, normalmente g=10, e constituilos de forma a serem mais ou menos homogéneos nos valores de X. A hipótese a testar é, : O modelo encontrado explica bem os dados. A estatística de teste é obtida pela estatística de Qui-quadrado de Pearson, a partir de uma tabela 2 x g, onde g é o número de grupos criados. Esta tabela contém as frequências observadas e esperadas. A estatística de teste é dada por Onde, - é o número de indivíduos no k-ésimo grupo ( ) ( ) - é o número de covariáveis padrão no k-ésimo grupo é o número de respostas ao longo das classes de variáveis 29
31 Sensitivity A CURVA ROC A curva ROC (Receiver Operating Characteristc) é uma ferramenta que permite avaliar o desempenho de um modelo de regressão binária (variável resposta é do tipo 0-1). Pode ser feita por meio de um gráfico simples e robusto, que nos permite estudar a variação da sensibilidade e especificidade, para diferentes pontos de quebra. Deveremos considerar um ponto de quebra C e comparar cada probabilidade estimada com o valor de C. O valor mais utilizado para C é 0,5 (Hosmer & Lemeshow, 2000). Neste trabalho o ponto de quebra será o que maximiza ambas as curvas de sensibilidade e especificidade, tal como ilustra o gráfico abaixo. O ponto onde as retas se cruzam, 0.04, será o ponto de quebra a considerar neste trabalho Cutoff GRÁFICO 1: SENSIBILIDADE VS ESPECIFICADE Caso a probabilidade estimada exceda o valor C a variável dicotómica tomará o valor 1, caso contrário tomará o valor 0. A tabela de contingência 2 x 2 é útil para ilustrar esses valores. Segue uma generalização das tabelas de contingência. Classificação Doente Sim(1) Não Total Sim (1) n 11 n 12 n 1. Não (0) n 21 n 22 n 2. Total n.1 n.2 n.. 30
32 A sensibilidade é definida como a probabilidade do teste fornecer um resultado positivo, dado que o indivíduo é realmente portador da doença. Este é dado por. A especificidade é definida como a probabilidade do teste fornecer um resultado negativo quando o indivíduo não é portador da doença. É dado por A percentagem de indivíduos correctamente classificados é dada por. A curva ROC é um gráfico de Sensibilidade (ou taxa de verdadeiros positivos) versus taxa de falsos positivos, ou seja, representa a Sensibilidade (ordenadas) vs 1 Especificidade (abcissas) resultantes da variação de um valor de corte ao longo do eixo de decisão x. Assim, a representação da curva ROC permite evidenciar os valores para os quais existe otimização da Sensibilidade em função da Especificidade, correspondente ao ponto que se encontra mais próximo do canto superior esquerdo do diagrama, uma vez que o indício de verdadeiro positivo é 1 e o de falso positivo 0. A área abaixo da curva de ROC, fornece-nos uma medida de discriminação, que nos indica a possibilidade de um individuo não doente ter uma probabilidade estimada associada mais elevada do que um individuo doente. Seja R, o valor que corresponde à área abaixo da curva de ROC, como regra geral temos as seguintes linhas de orientação: Se R = 0, 5 não há discriminação Se 0,7 R <0,8 a discriminação é aceitável Se 0,8 R <0,9 Discriminação excelente Se R 0,9 Discriminação excepcional 31
33 CAPÍTULO III RESULTADOS 32
34 CAPITULO III - RESULTADOS 1. CONSTRUÇÃO DO MODELO Começamos o trabalho com uma análise descritiva das variáveis, de um modo global. Em seguida procederemos a uma análise bivariada, comparando a concorrência com a marca e ajustando um modelo de regressão logística para cada uma das variáveis em estudo. Para o modelo de regressão logística múltipla, não serão consideradas todas as variáveis em estudo devido à reduzida dimensão da amostra. 2. METODOLOGIA/SOFTWARE UTILIZADO O software utilizado, tanto na análise descritiva como na construção do modelo de regressão logística foi o SAS, Enterprise Guide V4.1. O procedimento utilizado para a construção de modelo de regressão foi o PROC LOGISTIC. 3. ANÁLISE DESCRITIVA Do total dos utilizadores (n=1784), a maioria era do sexo feminino (54,2%, n=987). Em relação à idade verificou-se que em média os respondentes tinham 23 anos variando dos 0 aos 100 anos. Analisando os resultados por classe etária, verificou-se que 40,7% dos utilizadores têm menos de 5 anos, 18,1% dos utilizadores têm idade compreendida entre os 6 e os 17 anos e 41, 2% dos utilizadores tem mais de 18 anos. Para 53,5% (n=950) dos utilizadores, não era a primeira vez que adquiriam o produto em causa. No que diz respeito ao diagnóstico, verificou-se que do total de 1766 respostas, Eczema/Eczema atópico foi o diagnóstico mais referido 65,0% (n*=1148), psoríase com apenas 3,5% (n*=61) e outros diagnósticos com 30,9% (n*=542). Desses diagnósticos, destaca-se a pele seca/muito seca (n*=239) e a dermatite (n*=78). O principal motivo para adquirirem o produto foi prescrição médica (52,2%, n=931), sendo o dermatologista a especialidade médica mais referida (52,7%) seguido da pediatria (33,3%). Relativamente á origem da prescrição verifica-se que a maioria tem origem em consultas privadas (72,3%). Para os utilizadores que já haviam adquirido o produto anteriormente, verificou-se que prescrição médica foi o motivo principal dessa compra (67,7%, n=618). Dermatologista e pediatria são as especialidades mais referidas, com 53,5% e 36,0% respetivamente. 33
35 4. ANÁLISE UNIVARIADA Como já foi referido anteriormente o objetivo deste estudo foi saber a posição que a marca ocupa no mercado relativamente á concorrência na venda de produtos para o tratamento de eczema e psoríase. Assim fez-se a análise de cada variável, contra a variável resposta (concorrência ou marca) de modo a avaliar o comportamento das mesmas. Para cada variável, para além do cálculo das frequências e da respetiva representação gráfica, será aplicado o teste de Qui-quadrado e um modelo de regressão logística simples, caso seja aplicável. Variável resposta A variável resposta será baseada na marca do produto que o respondente está a adquirir, sendo esta categorizada como produto da concorrência ou da marca. Como já se tinha referido, será uma variável categorizada em 0 e 1 em que o sucesso (1) será a aquisição do produto da marca e o insucesso a aquisição do produto da concorrência (0). O gráfico seguinte ilustra os valores absolutos obtidos em cada categoria. Obteve-se um total de questionários válidos para análise, n=1721 (96.4%) referente à concorrência e n=65 (3.6%) referentes à marca 3,6% (n=65) 96,4% (n=1721) Concorrência Marca GRÁFICO 2: DISTRIBUIÇÃO DOS UTILIZADORES POR TIPO DE PRODUTO Distribuição dos respondentes por marca, segundo o sexo Analisando a distribuição dos respondentes por sexo de acordo com a marca, verificou-se que a maioria dos utilizadores era do sexo feminino (cerca de 54%), em ambas categorias. Não se 34
Desenvolvimento de metodologias para avaliação do resultado de campanhas de Marketing Direto a clientes no setor das telecomunicações
Universidade de Lisboa Faculdade de Ciências Departamento de Estatística e Investigação Operacional Desenvolvimento de metodologias para avaliação do resultado de campanhas de Marketing Direto a clientes