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fit-drift-diffusion-model

pjt222
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テストreactdata

について

このスキルは、Ratcliffのドリフト拡散モデルを二値意思決定データに適合させ、反応時間と正答率からドリフト率や境界分離などの認知パラメータを推定します。モデル比較、パラメータ回復の検証、速度と正確性のトレードオフを潜在的な構成要素に分解することを可能にします。実験心理学データの分析や、逐次サンプリングモデルの変種を比較する際にご利用ください。

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Claude Code

推奨
メイン
npx skills add pjt222/agent-almanac -a claude-code
プラグインコマンド代替
/plugin add https://github.com/pjt222/agent-almanac
Git クローン代替
git clone https://github.com/pjt222/agent-almanac.git ~/.claude/skills/fit-drift-diffusion-model

このコマンドをClaude Codeにコピー&ペーストしてスキルをインストールします

ドキュメント

擬 DDM

自反應時與正確率估 DDM 參、以分位估擬、較候變、以參復模擬驗估質。

  • 以反應時模二擇決
  • 自實數估認參(漂率、界隔、非決時)
  • 較決任之序抽模變
  • 驗 DDM 擬管復已知參值
  • 解速正權衡為潛認素

  • :含各試之正/誤標之反應時數
  • :各試之受者與條件識
  • :DDM 變擇(基 3 參、全 7 參、或層)
  • :貝葉估之先(默:弱告)
  • :參復之模數(默:100)
  • :RT 濾界秒(默:0.1 至 5.0)

一:備反應時數

清並格原行數以擬 DDM。

  1. 載數並察受 ID、條件、RT、正確欄:
import pandas as pd

data = pd.read_csv("behavioral_data.csv")
required_columns = ["subject_id", "condition", "rt", "accuracy"]
assert all(col in data.columns for col in required_columns), \
    f"Missing columns: {set(required_columns) - set(data.columns)}"
  1. 以可設界濾離群 RT:
rt_lower = 0.1  # seconds
rt_upper = 5.0  # seconds

n_before = len(data)
data = data[(data["rt"] >= rt_lower) & (data["rt"] <= rt_upper)]
n_removed = n_before - len(data)
print(f"Removed {n_removed} trials ({100*n_removed/n_before:.1f}%) outside [{rt_lower}, {rt_upper}]s")
  1. 各受與條件計摘統:
summary = data.groupby(["subject_id", "condition"]).agg(
    n_trials=("rt", "count"),
    mean_rt=("rt", "mean"),
    accuracy=("accuracy", "mean")
).reset_index()
print(summary.describe())
  1. 驗最少試數(DDM 需足數於各格):
min_trials = summary["n_trials"].min()
assert min_trials >= 40, f"Minimum trials per cell is {min_trials}; need at least 40 for stable estimation"

得:已清數文無 RT 離群,各受-條件格至少 40 試,正確率於 0.50 與 0.99 間。

敗:試過少→考合條件或去缺數過者。正確頂(>0.99)或底(<0.55)→DDM 或不可識;察任難。

二:擇 DDM 變

依研問擇模繁。

  1. 定候模變:
model_variants = {
    "basic": {
        "params": ["v", "a", "t"],
        "description": "Drift rate, boundary separation, non-decision time",
        "free_params": 3
    },
    "full": {
        "params": ["v", "a", "t", "z", "sv", "sz", "st"],
        "description": "Basic + starting point bias, cross-trial variability",
        "free_params": 7
    },
    "hddm": {
        "params": ["v", "a", "t", "z"],
        "description": "Hierarchical with group-level and subject-level parameters",
        "free_params": "4 per subject + 8 group-level"
    }
}
  1. 依數性擇:
CriterionBasic (3-param)Full (7-param)Hierarchical
Trials per cell40-100200+40+ (pooled)
SubjectsAnyAny10+
Research goalGroup effectsIndividual fitsBoth levels
Error RT shapeSymmetricAsymmetricEither
  1. 設所擇變:
selected_variant = "basic"  # adjust based on criteria above
model_config = model_variants[selected_variant]
print(f"Selected: {selected_variant} ({model_config['free_params']} free parameters)")
print(f"Parameters: {', '.join(model_config['params'])}")

得:變已擇並有依試數、受數、研問之理。

敗:變間不確→自基始,唯殘診示系誤擬(如誤 RT 分不匹)時加繁。

三:估參

以極似或貝葉擬 DDM。

  1. MLE 擬用 fast-dm 或 Python pyddm
import pyddm

model = pyddm.Model(
    drift=pyddm.DriftConstant(drift=pyddm.Fittable(minval=0, maxval=5)),
    bound=pyddm.BoundConstant(B=pyddm.Fittable(minval=0.3, maxval=3.0)),
    nondecision=pyddm.NonDecisionConstant(t=pyddm.Fittable(minval=0.1, maxval=0.5)),
    overlay=pyddm.OverlayNonDecision(nondectime=pyddm.Fittable(minval=0.1, maxval=0.5)),
    T_dur=5.0,
    dt=0.001,
    dx=0.001
)
  1. 貝葉估用 HDDM:
import hddm

hddm_model = hddm.HDDM(data, depends_on={"v": "condition"})
hddm_model.find_starting_values()
hddm_model.sample(5000, burn=1000, thin=2, dbname="traces.db", db="pickle")
  1. 取並存估參:
params = hddm_model.get_group_estimates()
print("Group-level parameter estimates:")
for param_name, stats in params.items():
    print(f"  {param_name}: {stats['mean']:.3f} [{stats['2.5q']:.3f}, {stats['97.5q']:.3f}]")
  1. 察收斂(僅貝葉):
from kabuki.analyze import gelman_rubin

convergence = gelman_rubin(hddm_model)
max_rhat = max(convergence.values())
print(f"Max Gelman-Rubin R-hat: {max_rhat:.3f}")
assert max_rhat < 1.1, f"Chains have not converged (R-hat = {max_rhat:.3f})"

得:參估含標誤或信區。貝葉:諸參 Gelman-Rubin R-hat < 1.1。漂率常 0.5-4.0、界 0.5-2.5、非決時 0.15-0.50s。

敗:估不收→試:(a) 緊參界,(b) 經網搜佳始值,(c) 長鏈多燒。MLE 碰界值→模或誤設。

四:估擬

以分位診較預測與察 RT 分。

  1. 自擬模生預 RT 分位:
import numpy as np

quantiles = [0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9]

predicted_rts = model.simulate(n_trials=10000)
pred_quantiles = np.quantile(predicted_rts[predicted_rts > 0], quantiles)  # correct
pred_quantiles_err = np.quantile(np.abs(predicted_rts[predicted_rts < 0]), quantiles)  # error
  1. 算察 RT 分位:
obs_correct = data[data["accuracy"] == 1]["rt"]
obs_error = data[data["accuracy"] == 0]["rt"]

obs_quantiles = np.quantile(obs_correct, quantiles)
obs_quantiles_err = np.quantile(obs_error, quantiles) if len(obs_error) > 10 else None
  1. 造分位-概圖(QP 圖):
import matplotlib.pyplot as plt

fig, ax = plt.subplots(1, 1, figsize=(8, 6))
ax.scatter(obs_quantiles, quantiles, marker="o", label="Observed (correct)")
ax.scatter(pred_quantiles, quantiles, marker="x", label="Predicted (correct)")
if obs_quantiles_err is not None:
    ax.scatter(obs_quantiles_err, quantiles, marker="o", facecolors="none", label="Observed (error)")
    ax.scatter(pred_quantiles_err, quantiles, marker="x", label="Predicted (error)")
ax.set_xlabel("RT (s)")
ax.set_ylabel("Quantile")
ax.legend()
ax.set_title("Quantile-Probability Plot")
fig.savefig("qp_plot.png", dpi=150)
  1. 算擬統(分位箱 chi 方):
from scipy.stats import chisquare

observed_proportions = np.diff(np.concatenate([[0], quantiles, [1]]))
predicted_proportions = np.diff(np.concatenate([[0], quantiles, [1]]))
chi2, p_value = chisquare(observed_proportions, predicted_proportions)
print(f"Chi-square fit: chi2={chi2:.3f}, p={p_value:.3f}")

得:QP 圖示預分位近察分位於正與誤 RT。chi 方試非顯(p > 0.05),擬足。

敗:模系漏快或慢分位→考加跨試變參(sv、st)。誤 RT 形誤→加起變(sz)。以擴模重擬。

五:較模

以信準於候 DDM 變間擇。

  1. 擬各候模並集擬統:
model_results = {}
for variant_name in ["basic", "full"]:
    fitted_model = fit_ddm(data, variant=variant_name)
    model_results[variant_name] = {
        "log_likelihood": fitted_model.log_likelihood,
        "n_params": fitted_model.n_free_params,
        "bic": fitted_model.bic,
        "aic": fitted_model.aic
    }
  1. 算並較 BIC 值:
print("Model Comparison (BIC):")
print(f"{'Model':<15} {'LL':>10} {'k':>5} {'BIC':>12} {'delta_BIC':>12}")
print("-" * 55)

best_bic = min(r["bic"] for r in model_results.values())
for name, result in sorted(model_results.items(), key=lambda x: x[1]["bic"]):
    delta = result["bic"] - best_bic
    print(f"{name:<15} {result['log_likelihood']:>10.1f} {result['n_params']:>5} "
          f"{result['bic']:>12.1f} {delta:>12.1f}")
  1. 以標引釋 BIC 差:
# BIC difference interpretation (Kass & Raftery, 1995):
# 0-2:   Not worth mentioning
# 2-6:   Positive evidence
# 6-10:  Strong evidence
# >10:   Very strong evidence
  1. 貝葉模用 DIC 或 WAIC:
dic = hddm_model.dic
print(f"DIC: {dic:.1f}")

得:模間明勝者 BIC 差 > 6,或差 < 2 時有理留簡模之決。

敗:模不可分(BIC 差 < 2)→偏簡模(省)。全模以大邊勝→確基模非因數議誤設。

六:以參復模擬驗

驗估管自模擬數復已知參值。

  1. 定真參網:
true_params = {
    "v": [0.5, 1.0, 2.0, 3.0],
    "a": [0.6, 1.0, 1.5, 2.0],
    "t": [0.2, 0.3, 0.4]
}
  1. 各合模擬數並重估:
from itertools import product

recovery_results = []
n_simulated_trials = 500  # match empirical trial count

for v_true, a_true, t_true in product(true_params["v"], true_params["a"], true_params["t"]):
    simulated_data = simulate_ddm(v=v_true, a=a_true, t=t_true, n=n_simulated_trials)
    fitted = fit_ddm(simulated_data, variant="basic")
    recovery_results.append({
        "v_true": v_true, "v_est": fitted.params["v"],
        "a_true": a_true, "a_est": fitted.params["a"],
        "t_true": t_true, "t_est": fitted.params["t"]
    })
  1. 算復統:
recovery_df = pd.DataFrame(recovery_results)
for param in ["v", "a", "t"]:
    correlation = recovery_df[f"{param}_true"].corr(recovery_df[f"{param}_est"])
    bias = (recovery_df[f"{param}_est"] - recovery_df[f"{param}_true"]).mean()
    rmse = np.sqrt(((recovery_df[f"{param}_est"] - recovery_df[f"{param}_true"])**2).mean())
    print(f"{param}: r={correlation:.3f}, bias={bias:.4f}, RMSE={rmse:.4f}")
  1. 生復散圖:
fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(15, 5))
for idx, param in enumerate(["v", "a", "t"]):
    ax = axes[idx]
    ax.scatter(recovery_df[f"{param}_true"], recovery_df[f"{param}_est"], alpha=0.5)
    lims = [recovery_df[f"{param}_true"].min(), recovery_df[f"{param}_true"].max()]
    ax.plot(lims, lims, "k--", label="Identity")
    ax.set_xlabel(f"True {param}")
    ax.set_ylabel(f"Estimated {param}")
    ax.set_title(f"Recovery: {param} (r={recovery_df[f'{param}_true'].corr(recovery_df[f'{param}_est']):.3f})")
    ax.legend()
fig.tight_layout()
fig.savefig("parameter_recovery.png", dpi=150)

得:諸參復相關 r > 0.85、偏近零(參域 < 5%)、RMSE 於用可接域。

敗:某參低復常意:(a) 試不足——增 n_simulated_trials;(b) 參權衡——漂與界可權衡;固一以試可復性;(c) 似然面平——考再參化或貝葉估以告先。

  • 入數含正類 RT 與正確欄
  • 離群濾去 <10% 試
  • 各受-條件格至少 40 試
  • 參估於理域(v: 0-5、a: 0.3-3.0、t: 0.1-0.6)
  • 收斷過(貝葉 R-hat < 1.1、MLE 梯近零)
  • QP 圖示預分位距察分位 50ms 內
  • 模較生明排或有理簡決
  • 諸自參復相關逾 r = 0.85
  • 復偏 <5% 參域

  • 試不足:DDM 估飢數。<40 試/格致估不穩、復劣。擬前必驗試數
  • 忽誤 RT:DDM 聯模正與誤 RT 分。棄誤試失界與起之信
  • 不濾速猜:<100ms RT 或為污(預應)。含則歪非決時估
  • 混 DDM 變:基模設無跨試變。若誤 RT 系快於正→需全模含 sv 與 sz 參
  • 全模過擬:7 參 DDM 可於稀數過擬。DDM 模擇用 BIC(罰繁)非 AIC
  • 略參復:無復驗不能別估偏與真實驗效。釋條件差前必行復

  • analyze-diffusion-dynamics - DDM 下擴散程之數析
  • implement-diffusion-network - 共前向程框之生擴散模
  • design-experiment - 集 DDM 質數之實驗設
  • write-testthat-tests - 於 R 試參估管

GitHub リポジトリ

pjt222/agent-almanac
パス: i18n/wenyan-ultra/skills/fit-drift-diffusion-model
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