콜모고로프-스미르노프 검정 (Kolmogorov-Smirnov test)

통계
한 줄 정의: 표본 데이터의 누적분포가 특정 이론분포(주로 정규분포)나 다른 표본의 분포와 얼마나 차이 나는지를 비교해 두 분포가 같다고 볼 수 있는지 검정하는 방법입니다.

쉽게 풀면

내 데이터가 "정규분포를 따른다"고 가정하고 여러 통계 분석을 진행하려 할 때, 그 가정이 맞는지 먼저 확인해야 할 때가 많습니다. 콜모고로프-스미르노프(K-S) 검정은 실제 데이터를 작은 값부터 큰 값까지 순서대로 쌓아 올린 "누적분포 그래프"를 그린 뒤, 이론적으로 기대되는 정규분포의 누적분포 그래프와 겹쳐봅니다.

두 그래프 사이의 최대 차이(가장 크게 벌어진 지점)를 계산해서, 그 차이가 우연한 수준을 넘어설 만큼 크면 "이 데이터는 정규분포를 따른다고 보기 어렵다"고 판단합니다. 두 개의 서로 다른 표본을 비교해 "이 둘은 같은 분포에서 나왔는가"를 검정할 때도 쓸 수 있습니다.

왜 중요한가

t-검정이나 분산분석처럼 많은 통계 기법이 데이터가 정규분포를 따른다는 가정 위에 세워져 있기 때문에, 본 분석에 들어가기 전 이 가정을 점검하는 절차는 결과의 타당성을 뒷받침하는 데 필수적입니다. K-S 검정은 이런 사전 점검뿐 아니라 두 표본이 같은 모집단에서 나왔는지 비교하는 용도로도 쓰이므로, 실험·관측 자료를 다루는 다양한 분야의 논문에서 폭넓게 등장합니다.

언제 쓰나

표본의 누적분포함수(계단 모양)가 이론분포와 얼마나 다른지, 혹은 두 표본의 누적분포가 서로 다른지를 가장 크게 벌어진 거리 D로 검정합니다.

결과는 이렇게 읽는다

일표본 예(모의 자료, 평균 100·표준편차 15인 정규분포에서 40명, 계산 결과).

이표본 예(두 집단 30명씩, 평균이 0.8표준편차 다른 정규분포). D = 0.233, p = .39로 유의하지 않습니다. 실제 차이가 있어도 표본이 작으면 K-S는 힘이 약합니다.

논문에는 이렇게 보고한다

어떤 분포와 비교했는지, 모수를 추정했는지(Lilliefors 보정 여부), D와 p를 적습니다.

정규성은 Kolmogorov-Smirnov 검정(Lilliefors 유의확률 보정)으로 확인하였으며 정규분포를 따르는 것으로 나타났다(D(40) = 0.08, p = .20). (형식을 보여 주려는 가상의 문장)

논문에서는 이렇게 쓰입니다

실제 논문에서

국내 학술지 논문에서 이 용어가 쓰인 문장을 그대로 옮겼습니다. 제목·학술지·연도와 원문 링크를 함께 적었습니다.

예시 문장

아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.

"콜모고로프-스미르노프 검정 결과, 종속변수는 정규분포를 따르지 않는 것으로 나타나(p<.05) 비모수 검정을 실시하였다."

이 문장은 정규분포 가정을 미리 점검했더니 데이터가 그 가정에 맞지 않아, 정규분포를 전제로 하는 t검정 대신 순위 기반의 맨-휘트니 U 검정 같은 방법을 사용했다는 뜻입니다.

"실험군과 대조군의 반응시간 분포를 이표본 콜모고로프-스미르노프 검정으로 비교한 결과, 두 분포 간 유의한 차이가 발견되지 않았다."

심리학 실험 연구에서 두 집단의 분포 형태 자체가 같은지를 비교할 때 활용된 예시이다.

"관측된 강수량 자료의 누적분포를 감마분포의 이론적 누적분포와 비교하기 위해 콜모고로프-스미르노프 검정을 적용하였다."

기후·환경 자료 분석에서 관측값이 특정 이론분포를 따르는지 적합도를 평가하는 예시이다.

조금 더 깊게 보면

K-S 검정의 통계량은 표본의 누적분포함수와 비교 대상 분포 사이의 최대 수직 거리로 정의되며, 이 거리가 특정 임계값보다 크면 두 분포가 다르다고 판단합니다.

정규성 검정 용도로 쓸 때는 데이터의 평균과 표준편차를 표본에서 추정해 사용하는 경우 원래의 K-S 분포표가 그대로 맞지 않아 보정된 릴리포스(Lilliefors) 검정을 대신 쓰는 것이 권장됩니다.

표본 크기가 커질수록 검정력이 지나치게 민감해져 실질적으로 무시할 만한 차이도 유의하다고 나올 수 있으므로, 히스토그램이나 Q-Q 플롯 같은 시각적 진단과 함께 해석하는 것이 일반적입니다.

주의할 점

K-S 검정은 표본 수가 매우 크면 아주 작은 차이에도 "유의하다"는 결과가 나오기 쉬워, 결과를 통계적 유의성만으로 해석하기보다 Q-Q 플롯 같은 시각적 확인과 함께 판단하는 것이 안전합니다. 정규성 검정에는 이 밖에도 샤피로-윌크 검정 등 다른 방법이 있으며, 표본 크기와 상황에 따라 더 적합한 방법이 달라질 수 있습니다.

헷갈리기 쉬운 용어

정규성 검정과 두 집단 비교 검정 사이에서 이름이 섞입니다.

검정무엇을 비교하나특징
K-S 검정(일표본)표본 vs 지정한 분포모수를 추정하면 Lilliefors 보정 필요
K-S 검정(이표본)표본 vs 표본의 분포위치·퍼짐·모양 차이 모두에 반응
샤피로-윌크 검정표본 vs 정규분포정규성 전용. 소·중표본에서 힘이 좋은 편
자크-베라 검정왜도·첨도 vs 정규분포표본이 큰 자료에서 흔함
맨-휘트니 U 검정두 집단의 위치(순위) 차이분포 모양 전체가 아니라 위치 이동에 초점

이표본 K-S는 ‘두 분포가 어디든 다른가’, 맨-휘트니 U는 ‘한쪽이 다른 쪽보다 대체로 큰가’를 봅니다.

참고 문헌

  1. Kolmogorov, A. N. (1933). Sulla determinazione empirica di una legge di distribuzione. Giornale dell'Istituto Italiano degli Attuari, 4, 83–91.
  2. Smirnov, N. (1948). Table for estimating the goodness of fit of empirical distributions. The Annals of Mathematical Statistics, 19(2), 279–281.
  3. Massey, F. J. (1951). The Kolmogorov–Smirnov test for goodness of fit. Journal of the American Statistical Association, 46(253), 68–78.
  4. Lilliefors, H. W. (1967). On the Kolmogorov–Smirnov test for normality with mean and variance unknown. Journal of the American Statistical Association, 62(318), 399–402.
  5. Razali, N. M., & Wah, Y. B. (2011). Power comparisons of Shapiro–Wilk, Kolmogorov–Smirnov, Lilliefors and Anderson–Darling tests. Journal of Statistical Modeling and Analytics, 2(1), 21–33.

표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.

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