Diagnostic classification models (DCMs) offer statistical tools to inspect the fined-grained attribute of respondents' strengths and weaknesses. However, the diagnosis accuracy deteriorates when misspecification occurs in the predefined item-attribute relationship, which is encoded into a Q-matrix. To prevent such misspecification, methodologists have recently developed several Bayesian Q-matrix estimation methods for greater estimation flexibility. However, these methods become infeasible in the case of large-scale assessments with a large number of attributes and items. In this study, we focused on the deterministic inputs, noisy ``and'' gate (DINA) model and proposed a new framework for the Q-matrix estimation to find the Q-matrix with the maximum marginal likelihood. Based on this framework, we developed a scalable estimation algorithm for the DINA Q-matrix by constructing an iteration algorithm that utilizes stochastic optimization and variational inference. The simulation and empirical studies reveal that the proposed method achieves high-speed computation, good accuracy, and robustness to potential misspecifications, such as initial value's choices and hyperparameter settings. Thus, the proposed method can be a useful tool for estimating a Q-matrix in large-scale settings.


翻译:诊断性分类模型(DCMS)提供了统计工具,以检查被调查者优缺点的细微属性;然而,在预先定义的物品归属关系中出现误分的情况时,诊断性准确性会恶化,这种误分已编码成Q矩阵;为了防止这种误分,方法学家最近开发了几种贝叶西亚Q矩阵估算方法,以提高估计灵活性;然而,在大规模评估时,这些方法在大量属性和项目的情况下变得不可行;在本研究中,我们侧重于确定性投入、吵闹的“和'门”(DINA)模型,并提议一个新的Q矩阵估算框架,以找到与最大边际可能性相符的Q矩阵。基于这一框架,我们为DINAQ矩阵开发了一种可缩放的估计算法,通过构建一种使用随机优化和变异性推断的迭代算法。模拟和实证研究表明,拟议的方法能够实现高速计算、良好准确性和稳健度的“门”模型,并提出了在最大边缘可能性中找到Q矩阵。基于这一框架,我们为DINAQ矩阵设计了一个可测量度的大规模选择方法。

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