Di Scott Wise e Chris Kirchberg – Team di abilitazione globale di JMP
Nota dell'editore: questo blog bimestrale cerca di trovare usi interessanti della scoperta statistica per risolvere domande profonde riguardanti affari, economia, sport, salute, cibo, storia e psicologia. Per il nostro blog di gennaio/febbraio porremo la domanda: "Cosa possono insegnarci i vulcani sull'analisi dei dati?" Lungo il percorso presenteremo alcuni interessanti utilizzi delle visualizzazioni e delle analisi JMP per aiutare a rispondere alla nostra domanda.
Come cantano gli U2 nella loro canzone del 2014 intitolata "Volcano" - "Non vuoi, non vuoi sapere... qualcosa in te vuole esplodere". Una delle verità inevitabili dell'essere nelle Filippine è il fatto che non sei mai molto lontano da un vulcano potenzialmente attivo, non importa dove ti trovi nel paese. Posizionata proprio lungo l'"Anello di Fuoco" del Pacifico, la nascita stessa della bellissima catena di isole è dovuta all'antica attività vulcanica. Il vulcano nella foto sotto è il vulcano attivo Taal, che dista solo circa ventitré miglia dalla nostra città natale, San Pablo City, nel sud di Luzon e che ha eruttato l'ultima volta alla fine degli anni '70.
Infatti, la nostra città è fisicamente situata all'interno del campo vulcanico di San Pablo (attivo ma dormiente) e circondata dai seguenti vulcani: Mt. Banahaw (attivo e forse estinto), Mt. Maquiling (attivo ma appena dormiente) e il vulcano Taal (Molto attivo!). Questa attività vulcanica passata, presente e potenzialmente futura significa che è un ottimo posto per coltivare alcuni dei migliori frutti tropicali del pianeta (poiché la cenere vulcanica crea un terreno meraviglioso). Tuttavia, poiché ospita la nostra azienda agricola di frutta tropicale e la nostra azienda vinicola, il fatto stesso che uno di questi “giganti dormienti” possa esplodere in qualsiasi momento è un pensiero inquietante. Ma lo studio in corso sui vulcani ha ispirato molto il campo della statistica e può aiutarci a concentrarci ancora meglio quando analizziamo molti dati sia in ambito sanitario che industriale.
Nello studio dei vulcani, una misura comune è il VEI (Indice di esplosività vulcanica). Creata dai vulcanologi nel 1982, questa metrica consente l'indicizzazione delle eruzioni in base a "quanto materiale vulcanico viene espulso, a quale altezza e quanto dura l'eruzione". (Fonte: Wikipedia). Di seguito è elencata una mappa visiva che mostra il VEI medio negli ultimi 2.000 anni per i vulcani con eruzioni note entro 600 miglia dalla nostra posizione di origine (asterisco verde).
Ma le misure VEI non raccontano tutta la storia dell’impatto di un’eruzione, soprattutto quando si parla di effetti a breve e lungo termine sulla popolazione immediata. Gli effetti a lungo termine possono includere cambiamenti del clima globale dovuti alla quantità di cenere vulcanica e materiale rilasciato nell’atmosfera che può causare cattivi raccolti a migliaia di chilometri di distanza. Ma per quanto riguarda gli effetti a breve termine, esiste una serie vertiginosa di modi in cui un vulcano può causare la morte a chiunque si trovi nelle vicinanze di un’eruzione. Tuttavia, l'immagine del film di Hollywood di scappare da colate di lava ribollenti e schivare grandi massi non rappresenta il vero pericolo. I flussi di lava sono distruttivi, ma anche lenti e sfuggenti. La caduta di materiale vulcanico è una preoccupazione, ma l’accumulo di cenere che provoca il crollo degli edifici e il soffocamento dei raccolti agricoli è spesso una preoccupazione ancora più preoccupante. 
Le principali cause di morte a breve termine durante un'eruzione sono spesso dovute ai flussi piroclastici (onde di gas surriscaldate) e ai Lahar (un tipo vulcanico di colata di fango). A peggiorare le cose, il fatto che la tua città possa essere colpita dai pericoli derivanti da un'eruzione nelle vicinanze dipende in gran parte da molti fattori, come la posizione, la topografia, le condizioni atmosferiche, il tipo/struttura del vulcano, tra gli altri. Una buona discussione su questo può essere trovata sul sito web Volcano World dell'Oregon State University ( http://volcano.oregonstate.edu/how-do-volcanoes-affect-people ). Ma l'unica cosa chiara è che la direzione dell'eruzione e la forza dell'esplosione contano molto per la sopravvivenza della tua città! I vulcanologi moderni studiano molte misurazioni (che vanno dai rilasci di gas vulcanico, all'attività sismica, alla topografia, agli studi sulla deformazione del suolo) da molte posizioni diverse su vulcani attivi per comprendere la minaccia di eruzione e i possibili effetti sulle comunità circostanti. Questo monitoraggio del vulcano in tempo reale ha migliorato le previsioni e la preparazione ai disastri prima delle eruzioni, ma dipende ancora dal fatto che i vulcanologi prestino attenzione alle misurazioni degli indicatori corretti tra i tanti raccolti. Consulta il sito di monitoraggio dei vulcani dell'USGS per una buona panoramica ( https://volcanoes.usgs.gov/vhp/monitoring.html ).
Risulta che questa è una buona analogia con le sfide che dobbiamo affrontare nell’analisi dei dati moderni. Spesso disponiamo di numerose misurazioni di dati per monitorare i nostri processi e progetti chiave. Anche noi, però, abbiamo bisogno di sapere quali sono le misure più significative da visionare. Dobbiamo anche sapere quali sono la forza e la direzione di queste misure. Solo allora potremo fare previsioni accurate su cosa fare per migliorare ed evitare potenziali esplosioni di scarse prestazioni. I vulcani vengono ancora una volta in nostro aiuto poiché hanno ispirato un popolare grafico statistico, chiamato appropriatamente Volcano Plot, per il modo in cui visualizza i dati!
Source: Wikipedia Fonte:Wikipedia
Il Volcano Plot è un popolare grafico statistico che viene utilizzato per lo screening di molti confronti medi tra due condizioni. Utilizzato ampiamente nella ricerca clinica e genomica, è anche uno strumento di screening molto potente in ambienti industriali dove vengono misurati molti parametri. Il vantaggio dell'utilizzo di un grafico dei vulcani è che non solo consente di vedere rapidamente i valori di interesse più significativi, ma consente anche di avere un'idea della direzione e della forza tra i confronti. Nell'esempio del grafico del vulcano riportato di seguito, ogni punto è un indicatore di un confronto medio tra due condizioni (diciamo A e 
. Lo schema di tutti i punti sul grafico sembra assomigliare all'emissione di materiale da un vulcano in eruzione. Osservando i punti evidenziati dalle frecce rosse. Hanno valori p logaritmici negativi sull'asse Y, che è una misura statistica della significatività. In effetti, tutti i punti sopra la linea rossa tratteggiata sull'asse Y hanno una significatività superiore al 95%. Ma questi punti indicati sono anche molto a sinistra dell’asse X, il che mostra una forte differenza negativa tra il confronto medio A e B. Pertanto, nei grafici dei vulcani, i punti che emergono negli angoli in alto a destra e a sinistra del grafico saranno quelli con il significato e le differenze più elevati. Noterai inoltre che il grafico sfrutta le trasformazioni logaritmiche che ci aiutano a rappresentare meglio questi confronti medi su un grafico.
È stato creato un blog complementare ("Come costruire un grafico del vulcano in JMP") che ti fornirà maggiori dettagli su come funzionano i Volcano Plots, incluse istruzioni passo passo su come costruirne facilmente uno tuo. Per il resto del nostro blog, mostreremo come un Volcano Plot può aiutarci molto nell'analizzare alcune situazioni industriali comuni in cui abbiamo molti confronti da vagliare. Per prima cosa abbiamo aperto un set di dati chiamato Probe (dai file della Guida di JMP) che rappresenta molte misure della sonda microarray (vale a dire 394 colonne di misurazione). Successivamente abbiamo eseguito un'analisi di screening del processo in JMP che fornisce statistiche medie di confronto delle coppie per livello di processo (vecchio e nuovo) rispetto a tutte le colonne di misurazione. Le tabelle risultanti che vengono generate contengono tutte le informazioni necessarie per generare un grafico del vulcano. Tuttavia, il primo grafico che abbiamo generato esaminando tutte le 394 coppie di confronto medie risulta in un grafico che non sembra assomigliare al nostro esempio di grafico dei vulcani sopra (vedi sotto).
In questo grafico di Probe Volcano abbiamo scelto di utilizzare il FDR Logworth sull'asse Y (che è una misura più conservativa della significatività del confronto rispetto al log negativo del valore P e viene utilizzato per aiutare a controllare il tasso di false scoperte). Osservando il grafico qui sopra, ci sono molte cose significative (oltre la linea rossa FDR LogWorth = 1,3 che è il nostro livello di confidenza del 95%). Inoltre, ci sono tre punti in blu che presentano enormi differenze, comprimendo eccessivamente i punti di differenza più vicini al centro dell'asse X. Inoltre, la scala dei valori FDR significativi era piuttosto ampia per molti fattori. Pertanto, si è deciso di ingrandire per vedere solo i punti nell'intervallo FDR LogWorth compreso tra 0 e 5 e la differenza tra -100 e 100 (l'area cerchiata in rosso). Utilizzando il nostro strumento di zoom grafico, possiamo facilmente approfondire e ottenere la visualizzazione del grafico desiderata di seguito.
Ora siamo maggiormente in grado di vedere punti interessanti nei dati di Probe che potrebbero meritare la nostra attenzione. Sebbene ci siano ancora molti punti accumulati attorno alla Differenza pari a 0, se guardiamo all'angolo in alto a sinistra, vediamo PS_RPNBR con una Differenza di -64,69 (il che significa che la media di A è inferiore alla media di e FDR LogWorth di 4,3 (altamente significativo). Allo stesso modo, se guardiamo l'angolo in alto a destra vediamo 30Z5_RVREF100U con una differenza di 71,63 (il che significa che la media di A è maggiore della media di e FDR Logworth di 3,5 (altamente significativo).
Quindi, il nostro grafico del Vulcano sta facendo un buon lavoro nel far emergere i punti di confronto che maggiormente meritano la nostra attenzione, dandoci una visione approfondita del significato, della forza e della direzione di questi confronti. Speriamo che questo possa aiutarti anche la prossima volta che avrai bisogno di confrontare molte misurazioni e desideri un buon grafico che ti aiuti a prendere le decisioni migliori. E dobbiamo tutto al nostro amico Vulcano e io ci rilassiamo pensando che da qualche parte là fuori, sulla cima di uno dei miei vulcani vicini, un vulcanologo sta raccogliendo dati che potrebbero finire per essere mostrati in un Volcano Plot sui dati dei sensori di monitoraggio del vulcano! Ma nel frattempo chiederò se possiamo sacrificare qualche mango agli dei dei vulcani per proteggere le nostre probabilità e mantenere questi imponenti vulcani dormienti e dormienti felicemente al sole! Altrimenti potrei finire con "All Shook Up" come The King (Elvis Presley") che cantava "She touched my hand, what a chill I got...Le sue labbra sono come un vulcano caldo...Sono orgoglioso di farlo" dì che è il mio ranuncolo... sono innamorato... sono tutto scosso"
