货拉拉技术

货运双边市场因果推断系列(第十五期)

第十五期

AB实验

假设检验方法

Delta Method

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2024.01

前言 INTRODUCTION

在货运AB实验的场景中,分流单元与分析单元不一定相同。当分流单元与分析单元不一致时,常用的假设检验方法会使得指标方差被错误计算,影响统计量与p值的计算,对检验结果造成干扰。

以在订单分流实验中,检验GTV配对率差异的显著性为例。

该实验分流单位是订单ID,而GTV配对率的分析单位是交易单元,即¥1。此时分流单位与分析单位出现了不一致的现象。

当前GTV配对率的假设检验方法为单量矫正法。定义检验统计量Z为

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其中变量及其指标含义分别对应下表:

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本文提出了基于Delta Method的假设检验计算,通过构造

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的无偏估计,从而得到假设检验统计量,解决分流单元与分析单元不一致时,犯第一类错误概率过高的问题。同时会结合Bootstrap方法进行数据对比,比较两种纠偏方法的效率。

目录 CATALOGUE

01

PART ONE

理论基础

02

PART TWO

不同假设检验方法模拟数据对比

03

PART THREE

实际案例应用

01

PART ONE

理论基础

1. Delta Method

Delta Method在统计里通常可用来求渐近分布。利用连续可导的函数,将一种或多种随机变量转化为新的随机变量,可用于求样本均值、样本矩函数等。

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1. 公式

Delta Method的公式有单变量与多变量两种形式,多变量的公式如下:

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2. Delta Method在AB实验中应用

以GTV配对率为例

GTV配对率是反映交易金额转化效率的指标,其计算公式为 GTV配对率 = 配对GTV / 执行单GTV 。在订单ID分流的实验中,业务方与分析师会对比不同实验分组间该指标的差异,从而判断策略是否能够提升交易效率。

2.1 分流单元与分析单元一致化

记GTV配对率为r,改写公式

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2.2 利用Delta Method计算方差

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2.3 构造假设检验与计算统计量

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2. Bootstrap方法

Bootstrap 是现代统计学较为流行的一种统计方法。通过对给定数据集进行有放回的重抽样以创建多个数据子集,生成统计量的经验分布,可以计算标准误差、构建置信区间并对多种类型的样本统计信息进行假设检验,其应用范围逐步扩大,是目前业界对工业化 ABTEST 实验效果常见的处理方法。

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在实验中我们采用非参数的 Bootstrap 方法,其核心思想和基本步骤如下:

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02

PART TWO

不同假设检验方法模拟数据对比

1. 订单ID随机分流

1.1 对比方案

为了更直观地理解使用错误的方差所带来的危害,利用当前真实数据模拟AA实验。实验信息如下:

模拟对象

某城市当日的订单(共xxx笔订单)

模拟方式

将全体订单随机均匀划分为2组,模拟1000次AA实验

检验对象

不同分组的指标差异

  • 配对率:作为对照指标,验证划分的随机性

  • GTV配对率:验证不同检验方法的科学性

检验方法

  • 原始方法

  • 单量矫正法

  • Delta Method

  • 分位数Bootstrap法

评估指标

  • 犯第一类错误的概率

  • 不同指标差异显著性下的分布

1.2 对比结果

在GTV配对率差异的假设检验计算中,Delta Method可有效控制犯第一类错误的概率,相对Bootstrap效率更高。

Delta Method与分位数Bootstrap法中,犯第一类错误的概率与

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取值接近。原始方法与单量矫正法中,犯第一类错误的概率过大,原始方法的拒绝域区间宽度过窄,稍有偏差就会导致第一类错误的发生。

Bootstrap方法虽然准确,但复杂度过高,需要对全体样本有放回地抽样,计算时间长,相较之下Delta Method方法效率更高。

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2. 用户ID随机分流

2.1 对比方案

实验信息如下:

模拟对象

某城市当日的下单用户(共xxx人)

模拟方式

将全体订单随机均匀划分为2组,模拟1000次AA实验

检验对象

不同分组的指标差异

  • 人均下单量——作为对照指标,验证划分的随机性

  • 下单配对率——验证不同检验方法的科学性

检验方法

  • 原始方法

  • Delta Method

  • 分位数Bootstrap法

评估指标

  • 犯第一类错误的概率

  • 不同指标差异显著性下的分布

2.1 对比结果

在用户下单配对率的假设检验计算中,Delta Method可有效控制犯第一类错误的概率,相对Bootstrap效率更高。

三种方法的MDE接近,但是犯第一类错误的概率差异较大。Delta Method与分位数Bootstrap法犯第一类错误的概率与

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取值接近,而原始方法犯第一类错误的概率过大。

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03

PART THREE

实际案例应用

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1. 订单ID实验分流的GTV配对率差异检验

某采取订单id分流的实验,实验组的GTV配对率正向0.4p.p.。

现需要判断:GTV配对率是否显著不为0

值

实验组

对照组

绝对差异

订单数

xxx

xxx

xxx

下单GTV(元)

xxx

xxx

xxx

配对GTV(元)

xxx

xxx

xxx

GTV配对率

xxx

xxx

0.4 p.p.

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对比原始方法、单量矫正法与Delta Method方法可得到下表:

  • 原始方法的方差过小,进而导致统计量过大,很难得到差异不显著的结论,缺乏科学性。

  • Delta Method与单量矫正法都得到不显著的结论,但Delta Method方差更大,检验结果相对更科学。

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2. 用户ID实验分流的差异检验

某采取用户id分流的实验,实验组的用户下单配对率负向2p.p.,用户下单量多0.6%。

现需要判断:用户下单配对率差异是否显著不为0 

值

实验组

对照组

绝对差异

绝对差异

用户数

xxx

xxx

xxx

xxx

用户下单量

xxx

xxx

xxx

0.60%

用户配对单量

xxx

xxx

xxx

xxx

配对率

xxx

xxx

-2p.p.

xxx

2.1 用户下单配对率

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总结 SUMMARY

在实验分析中,正确估计指标的方差是确保可靠结果的关键。在分流单元与分析单元不一致的情况下,Bootstrap和Delta Method都可以提供相对科学的结论。但在处理大量数据时,Bootstrap的计算成本较高,而Delta Method在满足基本假设的前提下,能够以较低的计算成本准确估计方差,显示出更高的效率。

本文来自数据科学团队- 潘卉怡分享

(●'◡'●)

潘卉怡,来自货拉拉数据科学团队,目前承担拼车、低价车型等项目的分析工作