Is there an easier way to manually calculate estimated group means using the model.matrix?

I want to calculate estimated group mean scores in a 2×2 Gaussian regression after obtaining the regression coefficients. Here is toy data. 100 observations each of region – a and b – and sex – m and f. I have designed the scores so there is a 5-point difference on average between regions a and b but no difference between m and f.

set.seed(1234)

d <- data.frame(region = factor(rep(letters[1:2],each=100)),
                sex = factor(rep(c("m", "f"),times=100)),
                score = round(x = c(rnorm(100, mean = 5, sd = 1),
                                    rnorm(100, mean = 10, sd = 1)),
                              digits = 1))

Now I will use the model.matrix() function to obtain contrast coefficients for each observation, based on its group membership. I will use treatment coding, that is [0,1] with region a and sex m as the reference levels for each.

model.matrix(object = score ~ region*sex,
             data = d,
             contrasts.arg = list(region = contr.treatment(nlevels(d$region)),
                                  sex = contr.treatment(nlevels(d$region)))) -> cmTreat

Now we can use the model matrix directly in the regression using the lm() function. We specify 0 + terms because the model matrix already contains an intercept.

(lm(d$score ~ 0 + cmTreat) -> lmTreat)

# output
# Call:
#   lm(formula = d$score ~ 0 + cmTreat)
# 
# Coefficients:
# cmTreat(Intercept)       cmTreatregion2          cmTreatsex2  cmTreatregion2:sex2  
#              4.814                5.132                0.056                0.140 

The regression has retrieved the main effects and interactions. But what if we want to get estimated marginal means, specifically the estimated mean in each ‘cell’ of the 2 x 2: region a – female, region a – male, region b – female, region b – male.

We can do this manually via the attributes of the model matrix.

treatCoefs <- coef(lmTreat) # assign the vector of coefficients a name

# mean in region a female: intercept[1] + region[0] + sex[0] + region[0]*sex[0]
regionA_f <- treatCoefs[1] + treatCoefs[2]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$region[,1][1] + treatCoefs[3]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$sex[,1][1] + treatCoefs[4]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$region[,1][1]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$sex[,1][1]

# mean in region a male: intercept[1] + region[0] + sex[1] + region[0]*sex[1]
regionA_m <- treatCoefs[1] + treatCoefs[2]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$region[,1][1] + treatCoefs[3]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$sex[,1][2] + treatCoefs[4]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$region[,1][1]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$sex[,1][2]

# mean in region b female: : intercept[1] + region[1] + sex[0] + region[1]*sex[0]
regionB_f <- treatCoefs[1] + treatCoefs[2]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$region[,1][2] + treatCoefs[3]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$sex[,1][1] + treatCoefs[4]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$region[,1][2]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$sex[,1][1]

# mean in group b male: intercept[1] + region[1] + sex[1] + region[1]*sex[1]
regionB_m <-treatCoefs[1] + treatCoefs[2]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$region[,1][2] + treatCoefs[3]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$sex[,1][2] + treatCoefs[4]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$region[,1][2]*attr(cmTreat, which = "contrasts")$sex[,1][2]

Now if we compare the actual group means to the estimated means (apologies non dplyr people)…

(library(dplyr)
d %>%
  group_by(region, sex) %>%
    summarise(actualMean = mean(score)) %>%
      add_column(estMeans = c(regionA_f, regionA_m, regionB_f, regionB_m))

# # A tibble: 4 × 4
# # Groups:   region [2]
# region  sex    actualMean estMeans
# <fct>   <fct>        <dbl>    <dbl>
# 1 a      f           4.81     4.81
# 2 a      m           4.87     4.87
# 3 b      f           9.95     9.95
# 4 b      m           10.1     10.1

So this works great. “What is the problem?” I hear you ask. Well, you saw how much code was required to get the estimated means for each group. And I can do it. But I was wondering “Is there was an easier way to do this manually?”.

I know I can use Russ Lenth’s excellent emmeans package and do use that a lot, but I wanted to learn how to do it manually in a more elegant way. I know nothing of matrix algebra and not a lot about contrast matrices. I just can’t help feeling as if there is a better way (one whose method might adapt better across different designs and levels).

p.s. this question may have been better suited to cross validated but I thought I would try here first as it is just r-specific enough to warrant posting on SO.

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật