Orientador: Caio Lucidius Naberezny Azevedo

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica

Resumo: No presente trabalho propõem-se novos modelos da Teoria de Resposta ao Item para respostas politômicas nominais e ordinais (graduais), via dados aumentados, para grupos múltiplos. Para a modelagem das distribuições dos traços latentes de cada grupo, considera-se normais assimétricas...

Resumo: No presente trabalho propõem-se novos modelos da Teoria de Resposta ao Item para respostas politômicas nominais e ordinais (graduais), via dados aumentados, para grupos múltiplos. Para a modelagem das distribuições dos traços latentes de cada grupo, considera-se normais assimétricas centradas. Tal abordagem, além de acomodar a característica de assimetria aos dados, ajuda a garantir a identificabilidade dos modelos estudados, a qual é tratada tanto sob a ótica frequentista quanto bayesiana. Com relação aos métodos de estimação, desenvolveu-se procedimentos bayesianos através de algoritmos de Monte Carlo via cadeias de Markov (MCMC), utilizando o algoritmo de Gibbs (DAGS), com a verossimilhança aumentada (dados aumentados) e Metropolis-Hastings, considerando a verossimilhança original. As implementações computacionais foram escritas em linguagem C++, integradas ao ambiente computacional, gráfico e estatístico R, viabilizando rotinas gratuitas, de código aberto e alta velocidade no processamento, essenciais à difusão de tais metodologias. Para a seleção de modelos, utilizou-se o critério de informação deviance (DIC), os valores esperados do critério de informação de Akaike (EAIC) e o critério de informação bayesiano (EBIC). Em relação à verificação da qualidade do ajuste de modelos, explorou-se a checagem preditiva a posteriori, que fornece meios concretos de se avaliar a qualidade do instrumento de medida (prova, questionário etc), qualidade do ajuste do modelo de um modo global, além de indícios de violações de suposições específicas. Estudos de simulação, considerando diversas situações de interesse prático, indicam que os modelos e métodos de estimação produzem resultados bastante satisfatórios, com superioridade dos modelos assimétricos com relação ao simétrico (o qual assume simetria das distribuições das variáveis latentes). A análise de um conjunto de dados reais, referente à primeira fase do vestibular da UNICAMP de 2013, ilustra o potencial da tríade: modelagem, métodos de estimação e ferramentas de diagnósticos, desenvolvida neste trabalho

Abstract: In this work, we propose new Item Response Theory models for nominal and ordinal (gradual) polytomous responses through augmented data schemes considering multiple groups. For the distribution of the latent traits of each group, we consider a skew-normal distribution under the centered...

Abstract: In this work, we propose new Item Response Theory models for nominal and ordinal (gradual) polytomous responses through augmented data schemes considering multiple groups. For the distribution of the latent traits of each group, we consider a skew-normal distribution under the centered parametrization. This approach will allow for accommodating a possible skewness of the latent trait distribution, but is also helpful to ensure the identifiability of the models, which is studied under frequentist and Bayesian paradigms. Concerning estimation methods, we developed Bayesian methods through Markov chain Monte Carlo (MCMC) algorithms by using the Gibbs algorithm (DAGS), with augmented likelihood (augmented data) and Metropolis-Hastings algorithms, considering the original
likelihood. The computational environment was written in the C++ language and integrated with the R program (a statistical computational and graphical environment), allowing for free, open source and high-speed routines which, in turn, are essential to the dissemination of the developed methodologies. In terms of model selection, we considered the deviance information criterion (DIC), the expected Akaike information criterion (EAIC) and expected Bayesian information criterion (EBIC). Regarding model-fit assessment tools, we explore the posterior predictive model- checking which allows for assessing the quality of measurement, instruments (tests, questionnaires, and others), the model fit in a global sense,
besides providing directions toward violations of specific assumptions. Simulation studies, considering different situations of practical interest, indicate that the models and estimation methods produced reasonable results, with outperformance of skew models when compared to symmetric ones (which assumes symmetry of the latent trait distribution). Analysis of a data set which corresponds to the first phase of the 2013 written examination of UNICAMP (State University of Campinas), illustrates the potential of the following triad: modelling; estimation methods; and diagnostic tools developed in this work.