如何处理SEM模型中的“坏”因子？

SJ @ 2010-05-17:

我是X大学心理系的学生，目前在美国Y校访问。最近在处理数据时遇到问题不知该如何解决，之前在您的网页上冒昧向您请教过，非常感谢您当时的回复。我后来找了一些相关的文献看，知道了多组比较的大概步骤，但在统计中又遇到了新的问题，所以再次向您请教。谢谢您关注我的邮件！

我探讨的是暴力游戏对青少年攻击性影响的性别与年龄差异。研究变量包括：

• 自变量：玩暴力游戏的程度(VVG -- 庄主注，下同)
• 因变量：身体攻击(Physical Aggression)
• 中介变量：信念(Belief about Aggression)、期望(Hostile Expectation)、移情(Empathy)
• 调节变量：性别、年龄

因此我把全部被试（795人）按年级和性别分成六个组，每组100多人，想比较不同性别、不同年龄孩子模型的路径差异（庄主注：这应该是一个moderated mediation模型，对此有兴趣的读者请仔细理解本案例的模型设置及有关讨论）。

比较结构模型前，为了确定测量等同(measurement invariance -- 庄主注)，我分别对信念、移情和身体攻击这三个潜变量进行了单组和多组的CFA。以因素负荷相等(factor loadings invariant -- 庄主注)为标准，最后确定了5项目的信念、5项目的身体攻击及12项目的移情测量，能够满足跨组测量等同。信念和身体攻击是完全等同，两个移情项目虽不等同，但考虑到12题中只有两题不等同，所以认为部分等同也能允许进入结构模型的比较。

上面我所提及的CFA是分别针对每一个变量（庄主注：应该是factor吧？）进行的。但当我把所有变量（庄主注：也是factors吧？）都整合到一个模型后发现，六组都不能很好地拟合总模型。我看了修正指数（modification index或MI -- 庄主注），发现问题主要出在移情这个变量上。在前面的测量等同阶段，我删掉了16个移情项目，保留了12个项目，这12个项目分属5个因子。在结构模型中，我把这个5个因子作为移情的指标（庄主注：Empathy成了一个second-order factor？），但发现指标间及指标与其他变量还存在复杂的关系，这导致了模型不能较好拟合。

我又尝试了很多次，尝试找到一个移情的测量模型（measurement model -- 庄主注），无论是单个变量的单组及多组CFA，还是放到总模型中时，都能拟合六组数据，但徒劳无功。

如果把所有变量都当成显变量，那模型都能拟合得很好。但我能这样做吗？如果把所有变量当成显变量来处理的话，那前面的测量等同检验是否还有必要？

我实在不知道该如何考虑和继续，所以冒昧请教，请您给予我指导，非常感谢！

附件的图是我在确定了各组的测量等同后，用总数据做的模型。我担心我说得不清楚，可能看看模型会有帮助。再次感谢！

X²(114) = 411.1, p < .001, RMSEA = .06, NNFI = .90, CFI = .91

Note: Unstandardized coefficients are provided first, with standardized coefficients in parentheses. All paths are significant.

SJ @ 2010-05-21:

在等待您的回复之余，我这几天仍然在尝试寻找拟合潜变量的总模型，但可恨NNFI仍徘徊在0.8几（如果拟合很差我也就放弃了）。我发现问题在于移情量表。因为当我把三个潜变量当中的移情视为显变量，保留攻击与信念作为潜变量时，模型的拟合是可以的。移情的四个子量表之间有复杂的关系，而这不是我这个研究想关注的问题。我该如何处理呢？

庄主 @ 2010-06-13:

正如我在你上面叙述中加注所说，你想研究的是一个moderated mediation (“被调节的中介效应”？) 模型。虽然这种模型有点复杂，但是你遇到的三个问题（见下），却是在其它各种模型中也经常会出现。

一、为何你对三个中介变量分别做CFA时各自都拟合得很好，但当将三个因子合在一起做CFA时却拟合不好？这很常见。一般而言，单个因子CFA（即只有一个因子的模型）非但没有意义、而且富有误导性。实际研究中，最简单的模型至少也有两个因子。而拟合任何一个多因子模型，则不但需要每个因子内部的测量指标之间高度相关，而且需要各因子之间的测量指标基本独立（见下图a）。而如果数据是下图b那样，则会出现单因子模型拟合很好而多因子模型拟合不好的现象。在本例中，如果分别拟合X1-X3和Y1-Y3，会得到两个很完美的模型，但那是假象，X1-X3和Y1-Y3实际上应该同时属于一个因子。

二、为何总样本的拟合度要比六个分样本的拟合度好？你没有这么说，而是我从你提供的总样本模型拟合度（应该是勉强可以接受）和对分样本结果的叙述（如“六组都不能很好地拟合总模型”和“NNFI仍徘徊在0.8”等）中推出。这应该与你的分组样本过小有关。如你所说，每个分样本100余人，而每个模型含30来个测量指标（（= 22个中介变量指标 + ？个自变量指标 + ？个因变量指标）。计算样本量是否足够的一种快捷方法（不一定精确但大体上可靠）是样本量除以测量指标数。文献中最宽松的说法是应该大于10（我倾向于更大一些）。而你这里只有4-5之间。样本小的一个直接结果是指标之间的相关程度不稳定（可以更高或更低）。回到上图，总样本容易接近a，而分样本则难。这里不怕因子内部相关程度变低，而是拍因子之间相关程度变高。

改进的方法包括：增加样本（你大概做不到）；减少分组（如两个年龄组 X 两个性别组 = 4）；减小测量指标数（尤其是“移情”用了12个指标，有必要那么多吗？）等。

三、“移情”是个“坏”因子，是否可以将其12个测量指标直接进入模型（即你说的“显变量”）？如果为了提高拟合度，当然可以这么做。但是，这在理论和统计上都是下策。首先，显变量都是含测量误差的；其次，一个含12个显变量作为中介变量的模型是无比复杂；再次，部分（或很多）显变量之间会有共线性问题；等等。所以，你得到了模型拟合度的改进，但失去了更多。

我并不了解你的“移情”量表之来历，估计是个已被前人验证的成熟（？）工具。如此，为何在本案中成为“搞坏了一锅汤的老鼠屎”呢？也许是问卷翻译的问题？或是被测对象的不同（文献中的移情是用于儿童的吗）？还是加在其它问题之后（？）产生的副作用？等等。可能有很多种原因。你说移情不是你本研究想关注的问题。但是，如果该因子的测量模型太有问题，那么，你只能在整体删去这个因子和显变量处理之间做出痛苦的选择。如果是我，会选择前者。

如何确定两个调节变量之间的主次关系？

SJ @ 2010-03-02:

祝老师您好！我是心理系的学生。在网上偶然逛到您的庄园，受益匪浅！非常感谢您的慷慨，跟大家分享您的所学所得。我最近在处理早前的一个数据，遇到困惑，不知道该怎么继续，想向您请教，先谢过。

我的数据涉及以下变量：一个自变量、一个因变量、四个假设的中介变量。另外人口统计学变量方面，考察了年龄（分成四个年龄组）和性别。我关注的是自变量如何通过中介变量影响因变量，以及这种影响是否存在年龄的发展差异。然而，我在做各个变量的相关时发现，性别跟好几个重要的变量都有显著的相关。因此我的困惑在于，我应该如何处理性别的问题。1.把性别作为调节变量，放到各个年龄组中来建立模型？2.还是每个年龄组都建立男生模型和女生模型？您觉得哪种方法更合适？具体又该怎么操作呢？

庄主 @ 2010-03-06:

谢谢与大家分享你的研究问题。这是一个相当复杂（其复杂程度应该远远超出你的预计，具体见下）的研究设计。我前天在我的课上介绍了你的问题，建议学生们来这里分享他们的看法。至今还没有人现身，也许是你的问题太难、也许是他们还没完成下周一交的作业。我先说一下解决方案的基本思路，希望他们能够接下去帮你解决方案的操作问题（同学们，这是你们给老师和学校挣面子的时候了）。

先整理一下你的问题所涉及的研究假设：

H1. 自变量X对因变量Y的直接影响（记为b_YX）。

H2. X通过中介变量M1-M4对Y的间接影响（分别记为b_Y(M1-X)、b_Y(M2-X)、b_y(M3-X)和b_Y(M4-X)）。

H3. 年龄A对直接影响b_YX的调节作用（即A与X对Y的交互效应，记为b_Y(X*A)）。

H4. 年龄A对间接影响b_Y(M1-X)等的调节作用（即A与X-M对Y的交互效应，分别记为b_Y((M1-X)*A)、b_Y((M2-X)*A)、       b_Y((M3-X)*A)和b_y((M4-X)*A)。注：因为X-M对Y是中介关系，所以A与它们的交互关系是一种被称为“moderated mediation“、即“被调节的中介关系”，相当复杂！）。

先在这里停一下。H1-H4可以用OLS回归来分析，但在SEM工具（如LISREL、AMOS等）中更方便。如用后者，需要把年龄当做组别，而将样本按年龄分成4组、通过比较组间的invariance来检验X对Y的直接和间接关系是否随着年龄的变化而不同（具体操作这里略过）。也就是说，moderated mediation关系，听起来很复杂，但在SEM中通过设置组间equality constraint的小技巧（或“小伎俩”？），很方便就能解决了。

好了，回到你最后的问题：如何检验性别S的影响？也就是检验以下假设：

H5. 性别S和年龄A对直接影响b_YX的调节作用（即S、A与X对Y的交互效应，记为b_Y(X*A*S)或b_Y(X*S*A)）。

H6. 性别S和年龄A对间接影响b_Y(M1-X)等的调节作用（即S、A与X-M对Y的交互效应，分别记为b_{Y((M1-X)*A*S)} 或      b_{Y((M1-X)*S*A)}等）。

你考虑了两种方案来检验H5和H6：一是将性别nested（嵌镶）到年龄中、二是将年龄嵌镶到性别中。表面上看，好像两者有根本区别，但实际上是一回事！性别和年龄是两个同等级别的调节变量，它们的联合影响是一种3rd-order interactions（三阶交互效应，也相当复杂），用公式来表述，如H5中的b_Y(X*A*S)或b_Y(X*S*A)，前者是年龄嵌镶在性别中、后者是性别嵌镶在年龄中，但无论谁嵌镶到谁中去，b_Y(X*A*S)和b_Y(X*S*A)两者是完全同价等值的。如果用SEM来检验，也无论谁嵌镶到谁中，你总需要将样本分拆成8个组（4个年龄组X2个性别组）。当然，在解读结果时，你可以而且需要根据自己的理论框架来确定A和S之间谁主谁仆的次序。

最后，要说一下检验如此复杂模型的成本问题。如上所说，如果用SEM，需要8个组；基于每个组涉及5个自变量（X、M1-M4），按每个自变量需要20个案来计，你至少需要每组100个案，总样本800个案。当然，你的年龄组分布可能不均匀，所以总样本很可能要1000以上。如果不用SEM而用回归，可以不分组，但是变成了一个非线性模型，涉及了24对二阶交互关系和12对三阶交互关系，即使总样本有1000个案，也只少不多。样本数少了、会有什么后果？你的中介效应、调节效应和被调节的中介效应都有可能不显著。其中的最薄弱环节是中介效应（H2）。所以，建议你先将H2分成H2a-H2d四个分假设，分别检验A和S对各分假设的调节作用（= 4 X  (4 X 3 /2) X 2 = 48个组间比较，如果你想不通为什么会有48个组间比较，请详细演算一下），以简化模型。

总结：中介效应、调节效应和被调节中介效应在理论上都是很吸引人的模型，但在实证上即昂贵又难操作，需要事先有充分的思想和技术准备。