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在线统计功效计算器

实验没检出差异,是真没效果还是样本不够?功效分析量化"检验有多大概率发现真实存在的效应"。

统计功效分析计算器

什么是统计功效分析计算器?

统计功效分析计算器插图

统计功效(power)= 1 − β = 效应真实存在时,检验正确拒绝原假设的概率。功效 80% 意味着真实效应有八成机会被你的实验发现;剩下两成是漏检(第二类错误 β)。

单样本 z 检验口径下,功效 = Φ(d√n − z_{1−α/2}):效应量 d 越大、样本 n 越多、α 越宽松,功效越高。四个量任意给定三个可求第四个,本工具实现最常用的两个方向:已知 n 求功效、目标 80% 功效求 n。

效应量是功效分析的灵魂也最容易瞎填。推荐来源:预实验数据、已发表同类研究的效应量、或领域共识的"最小有价值效应"。拍脑袋填 d = 1 会让样本量需求看起来小得离谱。

行业标准:功效 ≥ 80%、α = 0.05。医学终点研究常要求 90% 功效。审稿人与基金评审越来越要求事前功效分析(a priori power analysis)。

统计功效(power = 1−β)是「差异真实存在时,实验能把它检出来的概率」。功效 80% 意味着:如果新疗法真的有效,做 100 次同样的试验,约 80 次能得到 p<0.05。功效不足的研究得到「不显著」时,你分不清是「真没效果」还是「样本不够」——这就是审稿人盯着功效问的原因。

功效分析有四个杠杆:效应量 d、显著性水平 α、样本量 n、功效本身,知三求一。实验前算 n(本工具的主要用途);实验后算出的「观测功效」其实没有信息量——它与 p 值一一对应,是统计学界著名的无用功。实验设计的完整链条是:效应量估计 → 功效分析 → 样本量计算 → 实验执行 → 报告效应量与置信区间。

power = Φ(d√n − z_{1−α/2});n* = ((z_{1−α/2} + z_{1−β}) ÷ d)²

双侧 z 检验近似:power = Φ(d√(n/2) − z_{1−α/2})(双样本每组 n);反解样本量 n* = 2((z_{1−α/2}+z_{1−β})/d)²。例:α=0.05(z=1.96)、功效 80%(z=0.84)、d=0.5,n*=2×(2.8/0.5)²=2×31.36≈63/组,总样本 126。

功效 80%、α=0.05 时的每组样本量速查
预期效应量 d每组所需 n备注
0.2(小)≈394小效应是大样本游戏
0.3≈176教育/心理干预常见目标
0.5(中)≈64经典教学研究规模
0.8(大)≈26临床新药常见假设
1.2(很大)≈12工程类强效应

如何使用统计功效分析计算器

  1. 1

    输入标准化效应量 d(Cohen's d)、当前/计划样本量 n 与显著性水平 α。

  2. 2

    点击"分析功效",查看当前功效与达到 80% 功效所需样本量。

  3. 3

    功效低于 60% 的阴性结果(p > 0.05)不足以下"无效应"结论。

计算示例

例 1功效充足的实验

预期效应 d = 0.5(中等),n = 64,α = 0.05:功效 = 97.9%——几乎必然检出。反过来,检出 d = 0.5 并达到 80% 功效只需 n = 32。

例 2典型功效不足

小效应 d = 0.2、n = 30:功效仅约 16%。此时 p > 0.05 什么都说明不了——就像用渔网捞虾米,捞不到不代表没有。要检出 d = 0.2 需 n ≈ 199。

例 3临床试验样本量设计

新药预期比安慰剂多降 5 mmHg(s=12,d≈0.42),要求 α=0.05、功效 90%(z=1.28)。n*=2×((1.96+1.28)/0.42)²≈2×59.5≈119/组,考虑 15% 脱落率,实际入组约 140/组,总样本 280。

例 4A/B 测试流量预算

基线转化 5%,要检测 10% 相对提升(d≈0.09 的微小效应),功效 80% 需要每组约 15.7 万访问。日流量 1 万/组,至少跑 16 天——提前算好这笔账,才不会第 3 天就因为「不显著」误杀一个好功能。

例 5功效不足的历史教训

某教育研究 20 人/组比较两种教材,d 需达 0.9 才有 80% 功效;真实效应 d=0.4 时功效仅 29%——等于花全部经费掷一枚 29% 命中率的硬币。结论「无显著差异」几乎不携带任何信息,这是低功效研究的最大浪费。

注意事项

  • 本工具用单样本/配对设计口径(d√n);两独立样本设计每组所需 n ≈ 本工具结果 × 2。

  • 事后功效分析(post-hoc)用观测效应量算功效是循环论证,备受方法论批评;功效分析应在收集数据前做。

  • α 从 0.05 收紧到 0.01 会显著降低功效,需要约 1.5 倍样本量补偿。

  • 单侧检验用 z_{1−α} 替代 z_{1−α/2},同样本量下功效更高,但方向必须事先声明。

  • 功效计算里的「预期效应量」尽量来自预实验或文献的保守估计;拍脑袋填 d=0.8 会让样本量看起来很小,但实验大概率功效不足。

  • 单侧检验把 z_{1−α/2} 换成 z_{1−α},样本量约省 20%——但方向假设必须事先声明且经得起审稿质疑。

  • 多组 ANOVA、相关、回归的功效分析各有变体(用 f、f² 等效应量),核心思想相同:效果越小,所需样本按平方增长。

常见问题

如果真实效应确实存在,重复做 100 次同样的实验,约 80 次能得到 p < 0.05 的显著结果。剩下 20 次会漏检(假阴性)。

阴性结果 + 低功效 = 无信息量。报告"本研究在 80% 功效下可检出 d = 0.4,未发现显著差异"比干巴巴的 p > 0.05 有说服力得多。

优先级:预实验数据 > 同领域已发表研究的效应量 > 业务/临床最小有价值差异。实在没有就按 Cohen 锚点保守取 0.2~0.5,并做敏感性分析(多算几个 d)。

80% 是行为科学惯例,90% 是临床试验常见标准。功效每提高 10 个百分点,样本量约增 30%;二类错误代价高的场景(漏掉有效疗法)选 90% 以上。

事后功效分析意义有限(它与 p 值一一对应)。更诚实的做法:报告效应量与置信区间,指出「本研究能检出的最小效应」是多少,让读者自己判断证据强度。

能(z 从 1.96 降到 1.64,省约 15%),但假阳性率翻倍。探索性 pilot 可以接受,注册报告与确证性试验不允许。

是同一方程的两个方向:固定 n 求 power 叫功效分析,固定 power 求 n 叫样本量计算。实验前用后者,审稿时用前者复核。

要用设计效应(design effect = 1+(m−1)ICC)放大样本量:组内相关 ICC=0.05、每组 30 人时,样本量需 ×2.45。整群试验的样本量往往比直觉大得多。

理论上不可能(渐近趋近 100%);填 95% 已属激进。声称「本研究功效 100%」是统计审查的常见红旗。

用 O-Brien-Fleming 或 Pocock 边界调整每次中途分析的 α 消耗,整体功效可以保持在设计水平;直接按固定样本公式做序贯实验会严重虚胖假阳性。

参考资料

  1. [1]NIST/SEMATECH e-Handbook - Power and Sample Size
  2. [2]Wikipedia - Statistical power
  3. [3]Penn State STAT 500 - Power and Sample Size
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凯文内容作者Calcton 数学编辑组 口径审核Calcton 编辑组 交叉审核· 内容更新于 2026-04-29

负责 Calcton 的公式核对与内容撰写:每个工具的公式都注明出处,示例数字经过程序复算,健康与判定标准一律采用国际口径。

Calcton 数学编辑组:标准教科书(高中至大学低年级)与常用数学手册的公式口径。

引用本页

GB/T 7714 格式

Calcton. 统计功效分析计算器[EB/OL]. https://www.calcton.com/power-analysis, 2026-04-29.

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参考来源与更新说明

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最后更新:2026-04-29。

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