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1	A machine learning perspective on repeated measures Karch, Julian 09 November 2016 (has links) Wiederholte Messungen mehrerer Individuen sind von entscheidender Bedeutung für die Psychologie. Beispiele sind längsschnittliche Paneldaten und Elektroenzephalografie-Daten (EEG-Daten). In dieser Arbeit entwickle ich für jede dieser beiden Datenarten neue Analyseansätze, denen Methoden des maschinellen Lernens zu Grunde liegen. Für Paneldaten entwickle ich Gauß-Prozess-Panelmodellierung (GPPM), die auf der flexiblen Bayesschen Methode der Gauß-Prozess-Regression basiert. Der Vergleich von GPPM mit längsschnittlicher Strukturgleichungsmodellierung (lSEM), welche die meisten herkömmlichen Panelmodellierungsmethoden als Sonderfälle enthält, zeigt, dass lSEM wiederum als Sonderfall von GPPM aufgefasst werden kann. Im Gegensatz zu lSEM eignet sich GPPM gut zur zeitkontinuierlichen Modellierung, kann eine größere Menge von Modellen beschreiben, und beinhaltet einen einfachen Ansatz zur Generierung personenspezifischer Vorhersagen. Ich zeige, dass die implementierte GPPM-Darstellung gegenüber bestehender SEM Software eine bis zu neunfach beschleunigte Parameterschätzung erlaubt. Für EEG-Daten entwickle ich einen personenspezifischen Modellierungsansatz zur Identifizierung und Quantifizierung von Unterschieden zwischen Personen, die in konventionellen EEG-Analyseverfahren ignoriert werden. Im Rahmen dieses Ansatzes wird aus einer großen Menge hypothetischer Kandidatenmodelle das beste Modell für jede Person ausgewählt. Zur Modellauswahl wird ein Verfahren aus dem Bereich des maschinellen Lernens genutzt. Ich zeig ich, wie die Modelle sowohl auf der Personen- als auch auf der Gruppenebene interpretiert werden können. Ich validiere den vorgeschlagenen Ansatz anhand von Daten zur Arbeitsgedächtnisleistung. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die erhaltenen personenspezifischen Modelle eine genauere Beschreibung des Zusammenhangs von Verhalten und Hirnaktivität ermöglichen als konventionelle, nicht personenspezifische EEG-Analyseverfahren. / Repeated measures obtained from multiple individuals are of crucial importance for developmental research. Examples of repeated measures obtained from multiple individuals include longitudinal panel and electroencephalography (EEG) data. In this thesis, I develop a novel analysis approach based on machine learning methods for each of these two data modalities. For longitudinal panel data, I develop Gaussian process panel modeling (GPPM), which is based on the flexible Bayesian approach of Gaussian process regression. The comparison of GPPM with longitudinal structural equation modeling (SEM), which contains most conventional panel modeling approaches as special cases, reveals that GPPM in turn encompasses longitudinal SEM as a special case. In contrast to longitudinal SEM, GPPM is well suited for continuous-time modeling, can express a larger set of models, and includes a straightforward approach to obtain person-specific predictions. The comparison between the developed GPPM toolbox and existing SEM software reveals that the GPPM representation of popular longitudinal SEMs decreases the amount of time needed for parameter estimation up to ninefold. For EEG data, I develop an approach to derive person-specific models for the identification and quantification of between-person differences in EEG responses that are ignored by conventional EEG analysis methods. The approach relies on a framework that selects the best model for each person based on a large set of hypothesized candidate models using a model selection approach from machine learning. I show how the obtained models can be interpreted on the individual as well as on the group level. I validate the proposed approach on a working memory data set. The results demonstrate that the obtained person-specific models provide a more accurate description of the link between behavior and EEG data than the conventional nonspecific EEG analysis approach. Längsschnittliche Datenanalyse EEG-Analyse Machine learning Inter- and intraindividuelle Variation Longitudinal data analysis EEG analysis Machine learning Inter- and intraindividual variation 150 Psychologie 11 Psychologie CM 3200 ddc:150
2	Kontexteffekte in Large-Scale Assessments Weirich, Sebastian 13 August 2015 (has links) Im Rahmen der Item-Response-Theorie evaluiert die kumulative Dissertationsschrift verschiedene Methoden und Modelle zur Identifikation von Kontexteffekten in Large-Scale Assessments. Solche Effekte können etwa in quantitativen empirischen Schulleistungsstudien auftreten und zu verzerrten Item- und Personenparametern führen. Um in Einzelfällen abschätzen zu können, ob Kontexteffekte auftreten und dadurch die Gefahr verzerrter Parameter gegeben ist (und falls ja, in welcher Weise), müssen IRT-Modelle entwickelt werden, die zusätzlich zu Item- und Personeneffekten Kontexteffekte parametrisieren. Solch eine Parametrisierung ist im Rahmen Generalisierter Allgemeiner Linearer Modelle möglich. In der Dissertation werden Positionseffekte als ein Beispiel für Kontexteffekte untersucht, und es werden die statistischen Eigenschaften dieses Messmodells im Rahmen einer Simulationsstudie evaluiert. Hier zeigt sich vor allem die Bedeutung des Testdesigns: Um unverfälschte Parameter zu gewinnen, ist nicht nur ein adäquates Messmodell, sondern ebenso ein adäquates, also ausbalanciertes Testdesign notwendig. Der dritte Beitrag der Dissertation befasst sich mit dem Problem fehlender Werte auf Hintergrundvariablen in Large-Scale Assessments. Als Kontexteffekt wird in diesem Beispiel derjenige Effekt verstanden, der die Wahrscheinlichkeit eines fehlenden Wertes auf einer bestimmten Variablen systematisch beeinflusst. Dabei wurde das Prinzip der multiplen Imputation auf das Problem fehlender Werte auf Hintergrundvariablen übertragen. Anders als bisher praktizierte Ansätze (Dummy-Codierung fehlender Werte) konnten so in einer Simulationsstudie für fast alle Simulationsbedingungen unverfälschte Parameter auf der Personenseite gefunden werden. / The present doctoral thesis evaluates various methods and models of the item response theory to parametrize context effects in large-scale assessments. Such effects may occur in quantitative educational assessments and may cause biased item and person parameter estimates. To decide whether context effects occur in individual cases and lead to biased parameters, specific IRT models have to be developed which parametrize context effects additionally to item and person effects. The present doctoral thesis consists of three single contributions. In the first contribution, a model for the estimation of context effects in an IRT framework is introduced. Item position effects are examined as an example of context effects in the framework of generalized linear mixed models. Using simulation studies, the statistical properties of the model are investigated, which emphasizes the relevance of an appropriate test design. A balanced incomplete test design is necessary not only to obtain valid item parameters in the Rasch model, but to guarantee for unbiased estimation of position effects in more complex IRT models. The third contribution deals with the problem of missing background data in large-scale assessments. The effect which predicts the probability of a missing value on a certain variable, is considered as a context effect. Statistical methods of multiple imputation were brought up to the problem of missing background data in large-scale assessments. In contrast to other approaches used so far in practice (dummy coding of missing values) unbiased population and subpopulation estimates were received in a simulation study for most conditions. Kontexteffekte Testdesign Large-Scale Assessments Item-Response-Theorie Itempositionseffekte missing data multiple Imputation context effects item response theory test design Large-scale assessments item position effects missing data multiple imputation 150 Psychologie 11 Psychologie CM 3000 CM 3200 ddc:150
3	Optimierung von Messinstrumenten im Large-scale Assessment Hecht, Martin 21 July 2015 (has links) Messinstrumente stellen in der wissenschaftlichen Forschung ein wesentliches Element zur Erkenntnisgewinnung dar. Das Besondere an Messinstrumenten im Large-scale Assessment in der Bildungsforschung ist, dass diese normalerweise für jede Studie neu konstruiert werden und dass die Testteilnehmer verschiedene Versionen des Tests bekommen. Hierbei ergeben sich potentielle Gefahren für die Akkuratheit und Validität der Messung. Um solche Gefahren zu minimieren, sollten (a) die Ursachen für Verzerrungen der Messung und (b) mögliche Strategien zur Optimierung der Messinstrumente eruiert werden. Deshalb wird in der vorliegenden Dissertation spezifischen Fragestellungen im Rahmen dieser beiden Forschungsanliegen nachgegangen. / Measurement instruments are essential elements in the acquisition of knowledge in scientific research. Special features of measurement instruments in large-scale assessments of student achievement are their frequent reconstruction and the usage of different test versions. Here, threats for the accuracy and validity of the measurement may emerge. To minimize such threats, (a) sources for potential bias of measurement and (b) strategies to optimize measuring instruments should be explored. Therefore, the present dissertation investigates several specific topics within these two research areas. Psychologie Bildungsforschung Optimierung Kontexteffekte Bearbeitungszeit Blockpaarbalance Designeffekte Designbalancierung Generalisierte lineare Mischmodelle IQB IRT Lineare Mischmodelle Messmodell Messinstrument Multi-Matrix Design Parameterschätzung Parameterverzerrung Positionsbalance Rasch-Modell Testhefteffekte Testheftschwierigkeit Testheftleichtigkeit Testdesign Unvollständige Blockdesigns Positionseffekte Schulleistungsstudien context effects optimization linear mixed models generalized linear mixed models response time educational assessment cluster pair balance design effects design balance item response theory measurement model measurement instrument parameter estimation parameter bias position balance psychology Rasch model 1PL model booklet effects booklet difficulty booklet easiness test design booklet design incomplete block design multiple matrix sampling position effects large-scale assessment 150 Psychologie 11 Psychologie CM 3000 CM 3200 ddc:150

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