AulasAmbientometria

AMBIENTOMETRIA: uma introdu¸c˜

ao

Paul G. Kinas

A ementa de Ambientometria

1 _{Ambientometria e interdisciplinaridade} 2 A Estat´ıstica na Ambientometria

3 Metodologia cient´ıfica aplicada a Ambientometria 4 No¸c˜oes de Ecologia (*) (Profa. Ana Molon)

PRIMEIRA PARTE

Ambientometria e

Ambientometria e interdisciplinaridade

1 Desafios para a Ecologia nas pr´oximas d´ecadas 2 _{Um diagn´ostico sobre pr´atica estat´ıstica em Ecologia} 3 _{Problemas comuns e solu¸c˜oes incompletas}

4 Recursos tecnol´ogicos e anal´ıticos dispon´ıveis para enfrentar

os desafios

5 O que mudou na Estat´ıstica aplicada?

Ambientometria e interdisciplinaridade (slide 1 de 6)

Desafios para a Ecologia nas pr´oximas d´ecadas

1 aquecimento global

2 _{perda de biodiversidade e dos “servi¸cos” dos ecossistemas} 3 surgimento de novos pat´ogenos e esp´ecies invasivas 4 gest˜ao sustent´avel de pescarias, florestas e agricultura

Ambientometria e interdisciplinaridade (slide 2 de 6)

Um diagn´ostico sobre pr´atica estat´ıstica em Ecologia

Touchon, J. C., and M. W. McCoy. 2016.

The mismatch between current statistical practice and doctoral training in ecology.

Ambientometria e interdisciplinaridade (slide 3 de 6)

Problemas comuns e solu¸c˜oes incompletas

1 _{Alguns problemas recorrentes}

suposi¸c˜oes dos m´etodos tradicionais n˜ao atendidas dados aninhados (pseudo-replica¸c˜ao, etc)

amostras pequenas e excesso de zeros. excesso de covari´aveis e colineariedade

2 Estrat´egias muitas vezes usadas:

an´alises simplificadas ou somente descritivas transforma¸c˜oes de vari´aveis

Ambientometria e interdisciplinaridade (slide 4 de 6)

Recursos tecnol´ogicos e anal´ıticos dispon´ıveis para enfrentar os desafios

Capacidade computacional e novos m´etodos de an´alise estat´ıstica

permitem fazer novas perguntas e oferecer respostas mais detalhadas

Ambientometria e interdisciplinaridade (slide 5 de 6)

O que mudou na Estat´ıstica aplicada?

1 aumento na quantidade e no detalhamento dos dados

coletados

2 aumento na capacidade computacional de desktops e laptops 3 aumento explosivo de novas t´ecnicas anal´ıticas

(Burnham & Anderson; Gelman et al., Royle & Dorazio, etc)

4 maior democratiza¸c˜ao de software (c´odigo aberto;

comunidades de suporte na internet) R project(R-Jags; R-INLA; ...)

Ambientometria e interdisciplinaridade (slide 6 de 6)

1 _{dar muita aten¸c˜ao a modelos probabil´ısticos} 2 recorrer a estrat´egia pedag´ogica renovada:

menos foco no p-valor, privilegiando modelagem, estimativas e interpreta¸c˜ao das medidas de incerteza.

3 habilitar em programa¸c˜ao computacional que permita

visualiza¸c˜ao e an´alise estat´ıstica independentes. (programa¸c˜ao letrada; transparˆencia e replicabilidade; flexibilidade)

4 _{produzir disserta¸c˜oes metodol´ogicas (possivelmente com}

dados de terceiros)

5 _{desenvolver habilidades de comunica¸c˜ao cient´ıfica e de}

consultoria

SEGUNDA PARTE

A Estat´ıstica

na Ambientometria

A Estat´ıstica na Ambientometria

1 _{menos testes estat´ısticos emais racioc´ınio estat´ıstico}

a ”p-valor” em debate

b estima¸c˜ao (preferencialmente) bayesiana c mudan¸cas de enfoque no ensino de estat´ıstica

2 introdu¸c˜ao aos erros de racioc´ınio na interpreta¸c˜ao de dados e

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 1 de 12)

Menos testes estat´ısticos e Mais racioc´ınio estat´ıstico

E. Ashley Steel, Martin Liermann & Peter Guttorp (2019) Beyond Calculations: A Course in Statistical Thinking, The American Statistician, 73:sup1, 392-401,

DOI: 10.1080/00031305.2018.1505657

1 estat´ıstica como parte integral do processo cient´ıfico;

2 refinamento da habilidade de interpreta¸c˜ao de dados e an´alises

estat´ısticas;

3 importˆancia da comunica¸c˜ao dos resultados ao p´ublico em

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 2 de 12)

p-valor em debate

1 2014 NATURE: Nuzzo, R. STATISTICAL ERRORS: p-values,

the ‘gold standard’of statistical validity, are not as reliable as many scientists assume.

2 _{2016. ASA Statement on Statistical Significance and P-values}

Edited by Ronald L. Wasserstein, Executive Director American Statistical Association Board of Directors

3 Este ´ultimo: 72 autores: mudar p-valor da significˆancia

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 3 de 12)

Estima¸c˜ao (preferencialmente) bayesiana

1 _{Complexos m´etodos de an´alise N˜AO orientam sobre COMO}

decidir em presen¸ca de incerteza.

relevˆancia em gest˜ao de recursos pesqueiros e em biologia de conserva¸c˜ao

tomada de decis˜ao baseada em evidˆencias e orientada a objetivos espec´ıficos

2 Williams & Hooten. 2016. Combining statistical inference and

decisions in ecology

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 4 de 12)

Mudan¸cas de enfoque no ensino de estat´ıstica

1 ver estat´ıstica como parte integral do processo cient´ıfico; 2 _{traduzir hip´oteses em modelos;}

3 utilizar recursos computacionais para comunica¸c˜ao gr´afica e

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 5 de 12)

Introdu¸c˜ao aos erros de racioc´ınio na interpreta¸c˜ao de dados e incertezas: (referˆencias)

Kahneman, D. Pensando r´apido e devagar. Dobelli, R. A arte de pensar claramente.

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 6 de 12)

Introdu¸c˜ao aos erros de racioc´ınio na interpreta¸c˜ao de dados e incertezas: (alguns exemplos)

1 vi´es de confirma¸c˜ao 2 vi´es da representatividade 3 vi´es da disponibilidade 4 _{fal´acia da acusa¸c˜ao} 5 regress˜ao `a m´edia 6 trag´edia dos comuns

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 7 de 12)

Vi´es de confirma¸c˜ao:

A tendˆencia de interpretar novas informa¸c˜oes de modo que sejam compat´ıveis com nossas teorias, convic¸c˜oes, vis˜oes de mundo.

1 _{exemplos: s´eries;}

2 evidˆencias desconfirmat´orias (Darwin)

3 quanto mais vaga for uma teoria mais forte o vi´es de

confirma¸c˜ao

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 8 de 12)

Vi´es da representatividade:

As probabilidades de fatos sobre A s˜ao avaliadas pela grau em que A ´e representativo de B.

1 negligˆencia com a taxa-base (o perfil de Markus) 2 _{fal´acia do jogador (n˜ao h´a ”compensa¸c˜ao” do destino)} 3 negligˆencia com o tamanho da amostra (o efeito Enem)

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 9 de 12)

Vi´es de disponibilidade

Fazemos uma id´eia do mundo com base na facilidade com a qual exemplos nos ocorrem.

1 em qual cidade (do mundo) vocˆe gostaria de viver? 2 mapa falso de riscos

3 at´e onde temos ”livre arb´ıtrio”? (Sam Harris) 4 o ant´ıdoto

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 10 de 12)

Fal´acia da acusa¸c˜ao:

O argumento da acusa¸c˜ao: ”´E muito improv´avel que as digitais do acusado estivessem na cena do crime se ele fosse inocente. Logo, isso ´e forte ind´ıcio (prova) de sua culpa.”

h´a digitais de 10 pessoas na cena do crime; h´a 7 bilh˜oes de pessoas no mundo

1 _{probabilidade de haver digitais no local SE for inocente}

9 em 7 bilh˜oes (aprox.zero)

2 _{probabilidade de ser inocente SE h´a digitais no local}

9 em 10 (pr´oximo de 1)

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 11 de 12)

Regress˜ao `a m´edia:

Resultados extremos alternam-se de maneira menos extrema (em rela¸c˜ao ao centro ou m´edia).

1 tratamentos m´edicos alternativos

2 cˆamaras em sem´aforos reduzem acidentes? 3 puni¸c˜oes e elogios funcionam?

A Estat´ıstica na Ambientometria (slide 12 de 12)

Trag´edia dos comuns:

Quando a decis˜ao racional individual resulta em uma decis˜ao irracional de grupo.

1 as ovelhas pastando em um campo comunit´ario

(lucro individual; custo comunit´ario)

2 pesca oceˆanica

3 _{educa¸c˜ao e sentimento social ajudam na pequena escala} 4 as duas possibilidades:

privatizar administrar

TERCEIRA PARTE

Ambientometria e o m´etodo cient´ıfico

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 1 de 13)

1 O detetive ecol´ogico

2 _{A centralidade dos modelos (estat´ısticos)}

3 Comunica¸c˜ao interdisciplinar e linguagem matem´atica:

transparˆencia, flexibilidade e reprodutibilidade

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 2 de 13)

Hilborn R.; Mangel, M. (1997) The ecological detective: confronting models with data. Princeton University Press (Capitulo 2: O M´etodo Cient´ıfico e Modelagem )

CIˆENCIA: ´e o processo de aprender sobre a natureza por meio da confronta¸c˜ao entre id´eias distintas de funcionamento do mundo, que s˜ao mensuradas a partir de observa¸c˜oes (Feynman)

descri¸c˜ao incompleta do mundo medi¸c˜oes com incertezas e inacur´acias

m´etodo para avaliar concordˆancias entre a descri¸c˜ao e os dados: Estat´ıstica

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 3 de 13)

Strong inference(Platt, 1964): o processo cient´ıfico comumente aceito.

1 determinar hip´oteses alternativas

2 determinar experimento cr´ıtico que permite excluir uma ou

mais hip´oteses

3 efetuar o experimento 4 reciclar todo o processo

T.C. Chamberlain: m´etodo dem´ultiplas hip´oteses de trabalho

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 4 de 13)

Vis˜oes alternativas do M´etodo Cient´ıfico

1 _{POPPER: falsifica¸c˜ao de (uma) hip´otese em confronta¸c˜ao}

com dados.

2 KUHN: hip´otese ´unica ´e utilizada at´e que as contradi¸c˜oes se

acumulam e surge nova hip´otese que as acomode (paradigma; ciˆencia normal; revolu¸c˜ao cient´ıfica)

3 POLANYI: vis˜oes m´ultiplas do mundo confrontados com

dados e julgados por (i) plausibilidade; (ii) valor cient´ıfico; (iii) originaliidade.

(rep´ublica da ciˆencia; sistema de aprendizes)

4 LAKATOS: confronta¸c˜ao de m´ultiplas hip´oteses com dados

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 5 de 13)

Aspectos espec´ıficos de dados ecol´ogicos

1 longas escalas temporais

2 _{poucas possibilidades para obter r´eplicas de qualidade} 3 inabilidade para controlar TODOS os aspectos relevantes de

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 6 de 13)

Rela¸c˜ao entre Hip´oteses e Modelos

1 Teoria: conjunto de princ´ıpios e rela¸c˜oes estruturadas

logicamente.

(Teoria da Evolu¸c˜ao: implica¸c˜oes sobre comportamento)

2 Hip´otese: teoria tentativa sujeita a comprova¸c˜ao por

evidˆencias.

(”Aves se alimentam mais eficientemente em bandos do que individualmente”)

3 Modelo: maneira expl´ıcita pela qual a hip´otese pode se

manifestar. (as constantes a ≥ 0 e b ≥ 0 tem valores diferentes nos distintos modelos)

Modelo A: Y = aX (vermelho) Modelo B: Y = aX

1+bX (azul)

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 7 de 13)

Estruturas alternativas dos Modelos

0 5 10 15 0 2 4 6 8 Tamanho do Bando T axa de Consumo

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 8 de 13)

O papel dos Modelos na avalia¸c˜ao de Hip´oteses cient´ıficas

Modelo ´e uma mentira que nos ajuda a compreender a verdade. (Howard Skipper)

1 esclarecer (tornar mais precisa) a descri¸c˜ao verbal da natureza 2 identificar parˆametros e processos importantes

3 modelos s˜ao falsos mas alguns s˜ao mais ´uteis que outros para

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 9 de 13)

O papel dos Modelos na avalia¸c˜ao de Hip´oteses cient´ıficas: implica¸c˜oes

1 ´e necess´ario validar as suposi¸c˜oes (ou manter registro das

suposi¸c˜oes n˜ao passiveis de valida¸c˜ao)

2 _{”valida¸c˜ao” (?) de modelos (Popper; Kuhn), ou...}

3 ...modelos n˜ao s˜ao validados mas representam op¸c˜oes com

distintos graus de credibilidade aferidos a partir dos dados (Lakatos)

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 10 de 13)

Classifica¸c˜ao (tipos) de modelos e seus usos

1 _{Determin´ıstico ou Estoc´astico} 2 Est´atico (no tempo) ou Dinˆamico

3 Est´atico (no espa¸co) ou Espacial (geograficamente

referenciado)

4 Qualitativo ou Quantitativo

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 11 de 13)

Qual ´e a complexidade ideal de um modelo?

1 erro de predi¸c˜ao devido a aproxima¸c˜ao aos dados dispon´ıveis:

diminui com maior complexidade

2 erro de predi¸c˜ao devido a estima¸c˜ao (generaliza¸c˜ao): aumenta

com maior complexidade

3 deixe que os dados lhe digam qual a complexidade ideal

(h´a m´etricas que ajudam nisso: SQR, R_aj2, AIC , BIC , DIC , WAIC )

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 12 de 13)

Comunica¸c˜ao interdisciplinar e linguagem matem´atica: transparˆencia, abertura e reprodutibilidade

Powers, S.M; Hampton, S.E. 2019. Open science, reproducibility, and transparency in ecology. Ecological Application, 2019

1 _{Transparˆencia: documenta¸c˜ao dos c´odigos e de dados} 2 _{Abertura: disponibiliza¸c˜ao de c´odigos e dados}

3 Reproducibilidade [computacional]: habilidade de repetir as

an´alises anal´ıticas com os mesmos dados e modelos (disponibiliza¸c˜ao dos c´odigos)

Ambientometria e o m´

etodo cient´ıfico (slide 13 de 13)

Revista cient´ıficas e Congressos mais importantes

1 Revistas:

Environmetrics Ecological Modelling Ecological Indicators Biological Conservation

Revista Brasileira de Biometria (Biometric Brazilian Journal)

2 Congressos

Reuni˜ao Anual da Regi˜ao Brasileira da Sociedade Internacional de Biometria (RBras)

Simp´osio Nacional de Probabiliidade e Estat´ıstica (SINAPE) outros ...

FIM

OBRIGADO [email protected]

Professor de Probabilidade e de Estat´ıstica IMEF - Instituto de Matem´atica, Estat´ıstica e Fisica