Rで項目反応理論

RjpWiki 様  http://www.okadajp.org/RWiki/?Rで項目反応理論#d59e9259
(早稲田大学文学部文学研究科豊田研究室のデータを用いた分析)

Rでは、項目母数を irtoys パッケージに含まれる est 関数と ltm パッケージを利用することで推定できる。
項目母数の推定が終わると、次に潜在特性値の推定を行う。R では irtoys パッケージに含まれる mlebme 関数を利用することで潜在特性値の推定を行うことができる。
潜在特性値の推定が終わると、得られた推定値が妥当なものであるのか検討する。
分析手順は次の資料に詳しい。
 研究委員会企画チュートリアルセミナー 
   「項目反応理論(IRT)の考え方と実践」
     https://www.jstage.jst.go.jp/article/arepj/58/0/58_321/_pdf

[分析手順]
 1.正答率の計算(colMeans 関数)    2.I-T 相関の計算(cor 関数)
 3.1次元性の検討(fa.parallel 関数)    4.項目母数の推定(est 関数)  
 5.潜在特性値の推定(mlebme 関数)    6.局所独立性の検討(irf 関数と cor 関数)  
 7.項目適合度の検討(itf 関数)      8.項目特性曲線の作成(irf 関数と plot 関数)  
 9.テスト特性曲線の作成(trf 関数)    10.テスト情報曲線の作成(tif 関数と plot 関数)

使われているパッケージは、ltm と irtoys である。
パッケージ ltmでは、
   1母数モデル(rasch)、2母数モデル(ltm)、段階反応モデル(grm)
パッケージ irtoysでは、
   est、mlebme、irf、itf、trf、tif が使われる。
詳しくは上記資料を参照されたい。
以下では、RjpWiki 様 の分析をもとに、項目(問題)を3つに絞った分析例を記す。

Rで項目反応理論

[1母数モデル]

 パッケージ ltm
Coefficients:

Dffclt.V2 Dffclt.V6 Dffclt.V7 Dscrmn
-1.494 -1.299 -2.674 0.743

Log.Lik: -359.169(推定したパラメーターに対する対数尤度)

 パッケージ irtoys
$est

[,1] [,2] [,3]
V2 0.7431704 -1.495147 0
V6 0.7431704 -1.300611 0
V7 0.7431704 -2.675008 0

グラフをRで描く。

項目特性曲線

 (識別力が同じなので、曲線の勾配は同じである)

項目情報関数

学力の推定精度を表し、 θ=(困難度) のとき最大になる。
緑はV7であり θ=-2.674(困難度) のとき最大で測定能力が高い。
赤はV6であり θ=-1.299 のとき最大
黒はV2であり  θ=-1.494 のとき最大である。
識別力が同じなので曲線の形は同じである。(識別力が大きいと最大値も大きくなる)

テスト情報関数

どの θ に対してテストが学力を有効に識別するかを表す。

 θ=-1.8 付近の測定能力が高い。これは問題の困難度の平均に近い。

[2母数モデル]

 パッケージ ltm
 ltm(data3 ~ z1) #z1による因子分析

ltm(formula = data3 ~ z1)
Coefficients:

Dffclt Dscrmn
V2 -1.820 0.588
V6 -1.585 0.587
V7 -1.789 1.290

 パッケージ irtoys
 $est

[,1] [,2] [,3]
V2 0.5880490 -1.819561 0
V6 0.5867885 -1.584968 0
V7 1.2900611 -1.789312 0

Log.Lik: -358.96(推定したパラメーターに対する対数尤度)

 factor.scores(ans, resp.pattern=data3)#回答者毎の能力値

ltm(formula = data3 ~ z1)
Scoring Method: Empirical Bayes(経験的ベイズ)

 Factor-Scores for specified response patterns:

V2 V6 V7 Obs Exp z1 se.z1
1 1 1 1 108 106.770 0.348 0.907
2 0 1 1 32 33.319 -0.121 0.879
3 0 0 1 17 15.592 -0.559 0.849

Obs:観測度数、EXP:観測度数の期待値、z1:推定スコア、se.z1:スコアの標準誤差



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