<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<article xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:noNamespaceSchemaLocation="JATS-journalpublishing1-mathml3.xsd" dtd-version="1.2" article-type="Physics and Math">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher">umurj</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>University of Michigan Undergraduate Research Journal (UMURJ)</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="ppub"></issn>
<issn pub-type="epub"></issn>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">5506</article-id>
<article-id pub-id-type="manuscript">(Final) Evaluation of CDM and RBM Methods to Estimate Small Q-matrices.docx</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3998/umurj.5506</article-id>
<title-group>
<article-title>E<sc>valuation of</sc> CDM <sc>and</sc> RBM M<sc>ethods to</sc> E<sc>stimate</sc> S<sc>mall</sc> Q-<sc>matrices</sc></article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Chin</surname>
<given-names>Raphael Jeong-Hin</given-names>
</name>
<email>jeonghin@umich.edu</email>
</contrib>
</contrib-group>
<pub-date><day>1</day><month>4</month><year>2024</year></pub-date>
<volume>17</volume><issue>0</issue>
<issue-title></issue-title>
<history>
<date date-type="received"><day></day><month></month><year></year></date>
<date date-type="rev-recd"><day></day><month></month><year></year></date>
<date date-type="accepted"><day></day><month></month><year></year></date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement></copyright-statement>
<copyright-year></copyright-year>
<license>
<license-p>CC BY-NC-ND 4.0</license-p>
</license>
</permissions>
<abstract id="ABS1">
<p id="P1"></p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd></kwd>
</kwd-group>
<funding-group/>
<counts>
<fig-count count="0"/>
</counts>
<custom-meta-group><custom-meta id="competing-interest"><meta-name></meta-name><meta-value></meta-value></custom-meta></custom-meta-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="S1">
<title>Introduction</title>
<p>Cognitive diagnosis models (CDMs) are psychometric models that assess one&#x2019;s mastery of latent skills being tested. CDMs provide detailed feedback, including the probability of mastering a certain topic. Owing to CDMs&#x2019; effectiveness in determining strengths and weaknesses in the topics to be tested, researchers in the field are becoming more aware of CDMs and &#x201C;assessment for learning rather than assessment of learning&#x201D; (<xref ref-type="bibr" rid="R6">Ravand &amp; Robitzsch, 2015</xref>).</p>
<p>Multiple formulations of CDMs have been proposed in psychometric literature such as deterministic inputs, noisy &#x201C;and&#x201D; gate (DINA) (<xref ref-type="bibr" rid="R1">de la Torre, 2009</xref>), generalized DINA (GDINA) (<xref ref-type="bibr" rid="R2">de la Torre, 2011</xref>), and log-linear cognitive diagnosis models (LCDM) (<xref ref-type="bibr" rid="R3">Henson et al., 2009</xref>). There are multiple packages to fit different CDMs, such as the cdmTools <italic></italic>and CDM <italic></italic>packages (<xref ref-type="bibr" rid="R5">N&#x00E1;jera et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="R7">Robitzsch et al., 2022</xref>). These packages help researchers use CDMs to learn more about the examinees&#x2019; latent attributes based on their responses.</p>
<p>An important component of CDMs is the Q-matrix that informs the dependency structure between the <italic>J</italic> test items and <italic>K</italic> latent attributes (<xref ref-type="bibr" rid="R4">Li et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="R9">Xu &amp; Shang, 2018</xref>) because the Q-matrix can be effectively used to design intervention strategies. An example Q-matrix is shown in <xref rid="T1" ref-type="table">Table 1</xref>. &#x2018;1&#x2019; in the matrix means that Skill <italic>K</italic> is required for mastery of Item <italic>J</italic>. Thus, Q-restricted latent class models have gained popularity in fields such as educational proficiency assessments, psychiatric diagnosis, and many more disciplines (<xref ref-type="bibr" rid="R9">Xu &amp; Shang, 2018</xref>). A well-known usage of CDMs is to study the dependency between mathematical questions (items) and their latent skills for the topic of fractions as shown in <xref rid="T2" ref-type="table">Table 2</xref>. Let the six attributes tested in this topic be:
<table-wrap id="T1" position="float" orientation="portrait">
<label>Table 1:</label><caption><p>Q-matrix Corresponds to Four Items, Four Latent Attributes, and 2<sup>4</sup> = 16 Latent Classes</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<thead>
<tr>
<th align="center" valign="top"><p>Items</p></th>
<th align="center" valign="top"><p>Attribute 1</p></th>
<th align="center" valign="top"><p>Attribute 2</p></th>
<th align="center" valign="top"><p>Attribute 3</p></th>
<th align="center" valign="top"><p>Attribute 4</p></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="center" valign="top"><p>A</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="center" valign="top"><p>B</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="center" valign="top"><p>C</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="center" valign="top"><p>D</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="T2" position="float" orientation="portrait">
<label>Table 2:</label><caption><p>Q-matrix Corresponds to Three Math Questions and Six Latent Attributes</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<thead>
<tr>
<th align="center" valign="top"><p>Questions</p></th>
<th align="center" valign="top"><p>Skill 1</p></th>
<th align="center" valign="top"><p>Skill 2</p></th>
<th align="center" valign="top"><p>Skill 3</p></th>
<th align="center" valign="top"><p>Skill 4</p></th>
<th align="center" valign="top"><p>Skill 5</p></th>
<th align="center" valign="top"><p>Skill 6</p></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="center" valign="top"><p><inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn001"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="center" valign="top"><p><inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn002"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="center" valign="top"><p><inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn003"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>1</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0</p></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="UT1" position="float" orientation="portrait">
<table frame="hsides" rules="groups">
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<tbody>
<tr>
<td align="left" valign="top">
<list list-type="order" id="list1">
<list-item><p>Find the lowest common denominator.</p></list-item>
<list-item><p>Add fractions.</p></list-item>
<list-item><p>Subtract fractions.</p></list-item>
</list>
</td>
<td align="left" valign="top">
<list list-type="order" id="list2" continued-from="list1">
<list-item><p>Multiply fractions.</p></list-item>
<list-item><p>Divide fractions.</p></list-item>
<list-item><p>Convert mixed numbers to improper fraction.</p></list-item>
</list>
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap></p>
<p>The first item (mathematical question) in the test is <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn004"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where &#x201C;find the lowest common denominator,&#x201D; &#x201C;add fractions,&#x201D; and &#x201C;convert mixed numbers to improper fractions&#x201D; (skills 1, 2, and 6) are required for this question to be answered correctly. Thus, the rows of the Q-matrix corresponding to this item will contain the vector (1,1,0,0,0,1) as shown in <xref rid="T2" ref-type="table">Table 2</xref>.</p>
<p>The Q-matrix plays an important role in CDMs because it can be used to categorize test items and design future assessments (<xref ref-type="bibr" rid="R4">Li et al., 2022</xref>). However, not all assessments can be explicitly specified with a Q-matrix. Even if there is an explicitly specified Q-matrix, the Q-matrix may not be accurate due to the following reasons: (i) design error by the assessment provider; and (ii) one test item may be linked to multiple attributes, but not all attributes are found and identified. For example, error (i) is committed in the second row of <xref rid="T2" ref-type="table">Table 2</xref> because skill 6 is not required to correctly answer <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn005"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Thus, it is important to be able to learn more about the Q-matrix from the responses in order to have a better understanding of the relationship between the test items and latent variables&#x2019; attributes.</p>
</sec>
<sec id="S2">
<title>Models</title>
<p>In this paper, the models of interest are the deterministic inputs, noisy &#x201C;and&#x201D; gate (DINA) model, the generalized-DINA (GDINA) model, and the restricted Boltzmann machines (RBMs). These three models are used in this paper to perform the following:</p>
<list list-type="upper-roman">
<list-item><p>Test the accuracy of RBMs used by <xref ref-type="bibr" rid="R4">Li et al. (2022)</xref> on the data generated with a small number of latent attributes <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn006"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item><p>Compare the outputs from (i) with the results from <xref ref-type="bibr" rid="R9">Xu &amp; Shang (2018)</xref>.</p></list-item>
<list-item><p>Compare the results generated from the &#x201C;CDM&#x201D; package with the results from (i) and (ii) (<xref ref-type="bibr" rid="R7">Robitzsch et al., 2022</xref>).</p></list-item>
</list>
<sec id="S3">
<title>Deterministic Inputs, Noisy &#x201C;and&#x201D; Gate (DINA) Model</title>
<p>The DINA model assumes a conjunctive relationship among attributes, where it is necessary to possess all the attributes indicated by the Q-matrix for a positive response (<xref ref-type="bibr" rid="R9">Xu &amp; Shang, 2018</xref>). For each cell of the Q-matrix, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn007"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is 1 if the k<sup>th</sup> attribute is required to correctly answer the j<sup>th</sup> item. In this model, an examinee&#x2019;s skills vector and the Q-matrix produce a latent response vector <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn008"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where</p>
<disp-formula id="eqn001"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block" id="eqn001a"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover><mml:mo>&#x220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p><inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn009"><mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a value of 1 if examinee <italic>i</italic> possesses all the skills required for item <italic>j</italic> or has a value of 0 if the examinee lacks at least one of the required skills (<xref ref-type="bibr" rid="R1">de la Torre, 2009</xref>). <italic>K</italic> here represents the number of latent skills. Let <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn010"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represent the examinee <italic>i</italic> answering item <italic>j</italic> correctly. The uncertainties in this model are the slipping parameter, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn011"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and guessing parameter, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn012"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where</p>
<disp-formula id="eqn002"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn003"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore, the probability of examinee <italic>i</italic> with skills vector <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn013"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> answering item <italic>j</italic> correctly is given by</p>
<disp-formula id="eqn004"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mtext>.</mml:mtext></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec id="S4">
<title>Generalized-DINA (GDINA) Model</title>
<p>Similar to the DINA model, the GDINA model requires a <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn014"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Q-matrix as well. For each cell of the Q-matrix, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn015"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is 1 if the k<sup>th</sup> attribute is required to correctly answer the j<sup>th</sup> item. In addition, GDINA separates the latent classes into <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn016"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> latent groups where <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn017"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the number of required attributes for item <italic>j</italic> (<xref ref-type="bibr" rid="R2">de la Torre, 2011</xref>). Let <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn018"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the reduced attribute vector whose elements are the required attributes for item <italic>j</italic>, and then the probability that examinees with attribute pattern <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn019"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will answer item <italic>j</italic> correctly is denoted by</p>
<disp-formula id="eqn005"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>In the GDINA model, there are three types of link functions available. This paper focuses only on the identity link function given by</p>
<disp-formula id="eqn006"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>P</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>...</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>12...</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x220F;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(1)</label></disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item><p>where</p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn020"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>&#x0009;is the intercept for item j;</p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn021"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>&#x0009;is the main effect due to <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn022"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>;</p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn023"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>&#x0009;is the interaction effect due to <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn024"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn025"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; and</p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn026"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>12...</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>&#x0009;is the interaction effect due to <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn027"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>...</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
</list>
</sec>
<sec id="S5">
<title>2.3 Restricted Boltzmann Machines (RBMs)</title>
<p>RBMs are generative stochastic artificial neural network models that can learn probability distributions over a collection of inputs. RBMs were initially invented by Paul Smolensky under the name Harmonium (<xref ref-type="bibr" rid="R8">Smolensky, 1986</xref>). RBMs used in this paper follow the model design in Li et al. Visible units are denoted by <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn028"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>...</mml:mn><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x007B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x007D;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and hidden units are denoted by <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn029"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>...</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x007B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x007D;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. RBMs are characterized by the energy functions with their joint probability distribution given by</p>
<disp-formula id="eqn007"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math><label>(2)</label></disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item><p>where <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn030"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the partition function given by</p></list-item>
</list>
<disp-formula id="eqn008"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x007B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x007D;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x007B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x007D;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math><label>(3)</label></disp-formula>
<p>and <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn031"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the energy function given by</p>
<disp-formula id="eqn009"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>E</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(4)</label></disp-formula>
<p>In Equations 2&#x2013;4, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn032"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the model parameters, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn033"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are visible biases, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn034"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are hidden biases, and <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn035"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the weight matrix describing the interactions between the visible and the hidden units. The hidden and visible units are conditionally independent as there are no &#x201C;R-R&#x201D; or &#x201C;<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn036"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>&#x201D; interactions (<xref ref-type="bibr" rid="R4">Li et al., 2022</xref>). <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn037"><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> in the weight matrix, <italic>W</italic>, for RBMs indicates the presence of interaction between the visible and the hidden units. Although DINA and GDINA models violate the conditionally independent assumptions of RBM, it was shown in Li et al. that the Q-matrices for these models are estimable.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="S6">
<title>Data</title>
<p>The data are simulated with latent attributes dimension <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn038"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the number of test items, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn039"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The true Q-matrices chosen are identifiable and similar to those used in <xref ref-type="bibr" rid="R9">Xu &amp; Shang (2018)</xref>. The three true Q-matrices are</p>
<disp-formula id="eqn010"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mtable equalrows="true" equalcolumns="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mtable equalrows="true" equalcolumns="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mtable equalrows="true" equalcolumns="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math><label>(5)</label></disp-formula>
<p>In this study, the data is simulated from the DINA latent class model. The ground truth response probabilities for all items are between 0.2 and 0.8, and both the slipping and the guessing parameters are set to 0.2. The dependency of latent attributes, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn040"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, is set to <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn041"><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The two-step simulation of true latent profiles follows those set in <xref ref-type="bibr" rid="R9">Xu &amp; Shang (2018)</xref>. First, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn042"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is generated with <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn043"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>...</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mover><mml:mo>~</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mtext>.i</mml:mtext><mml:mtext>.d</mml:mtext><mml:mtext>.</mml:mtext></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>N</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03A3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn044"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>...</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn045"><mml:mrow><mml:mi>&#x03A3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The attribute profile <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn046"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is set to be 1 if 
<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn047"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and 0 otherwise. The response data is then generated using the &#x2018;<italic>sim.din</italic>&#x2019; function from the <italic>CDM</italic> package.</p>
</sec>
<sec id="S7">
<title>Estimating the Q-matrix</title>
<p>The Q-matrices are estimated using the <italic>gdina</italic> function from the <italic>CDM</italic> package. As the response data follows the DINA model, a GDINA <italic></italic>model can be fitted as the GDINA model is a generalized version of the DINA model. The <italic>gdina</italic> function will be used to fit the response data using both LASSO and Truncated LASSO Penalty (TLP). The delta matrix returned by the function will be converted into a <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn048"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> binary matrix (intercept column removed). The idea behind this is that because <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn049"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, if <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn050"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is not 0, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn051"><mml:mi>q</mml:mi></mml:math></inline-formula> is definitely not 0, where <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn052"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn053"><mml:mi>q</mml:mi></mml:math></inline-formula> are elements in Equation (1). Values that are close to 0 in the delta matrix (smaller than 0.1) will be forced to be 0 and everything else to be 1. The <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn054"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> binary matrix will be collapsed into a <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn055"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> binary matrix by grouping up the latent attributes that are required to master the item <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn056"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Let <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn057"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn058"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn059"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>...</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the binary representation index of i<sup>th</sup> element in the j<sup>th</sup> row of the delta matrix. <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn060"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will be transformed to have a value of 1 if it is greater than the threshold and 0 otherwise.</p>
<disp-formula id="eqn011"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mtext>where</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math><label>(6)</label></disp-formula>
<disp-formula id="eqn012"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="true">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x00A0;iff</mml:mtext><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math><label>(7)</label></disp-formula>
<p>For example, let <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn061"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>1.4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1.32</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.08</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.0003</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.0001</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn062"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn063"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and threshold = 0.1, then applying Equations (6), we get,
<disp-formula id="eqn013"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>1.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1.7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2.9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.008</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.0021</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x21D2;</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn014"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>In Equation (6), the columns of the <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn064"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> binary matrix refer to (Attr1, Attr2, Attr3, Attr12, Attr13, Attr23, Attr123). The matrix is then collapsed into a <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn065"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> matrix by summing up all the 1s into their respective latent attributes, where the columns refer to (Attr1, Attr2, Attr3). The estimated Q-matrix in Equation (7) is expected to be identifiable only up to rearranging the orders of the columns. This is because when estimating the Q-matrix, the columns do not contain information about the latent attributes (e.g., the n<sup>th</sup> column of the Q-matrix might not refer to the n<sup>th</sup> latent attribute). Thus, the estimated Q-matrix will be reordered so that each column shows the lowest possible average congruent coefficient with the True Q-matrix&#x2019;s columns. This process is done using the <italic>&#x201C;orderQ&#x201D;</italic> function in cdmTools (<xref ref-type="bibr" rid="R5">N&#x00E1;jera et al., 2022</xref>).</p>
<sec id="S8">
<title>Accuracy Measurement</title>
<p>To evaluate the estimation accuracy, the entry-wise overall error (OE), out-of-true positive percentage error (OTP), and out-of-true negative percentage error (OTN) are reported. Their formulae are as follows:</p>
<disp-formula id="eqn015"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msubsup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="true">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math><label>(8)</label></disp-formula>
<disp-formula id="eqn016"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msubsup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="true">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msubsup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math><label>(9)</label></disp-formula>
<disp-formula id="eqn017"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block"><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msubsup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="true">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:msubsup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math><label>(10)</label></disp-formula>
</sec>
</sec>
<sec id="S9">
<title>Results</title>
<p>In this study, the Q-matrices are estimated completely from the data. For <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn066"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the following crossover design is applied for the DINA model, three sample sizes, and four attribute-dependent levels: <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn067"><mml:mrow><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mn>1000</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mn>2000</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mn>0.15</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mn>0.25</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn068"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn069"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the designs are <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn070"><mml:mrow><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1000</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mn>2000</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mfenced close="&#x007D;" open="&#x007B;"><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mn>0.15</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mn>0.25</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2004;</mml:mtext><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><xref rid="T3" ref-type="table">Table 3</xref> shows the simulation results for 50 replications. From <xref rid="T3" ref-type="table">Table 3</xref>, it can be observed that, on average, TLP and RBM outperform the LASSO method. In the case of small N and small <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn071"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, RBM usually outperforms the TLP method. However, as N and <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn072"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> become larger, the TLP method is able to estimate a Q-matrix more similar to the true Q-matrix. As N increases, accuracy also increases. This is because if there is more response data, the model has more data to learn and train from, resulting in a more accurate model. Surprisingly, across the three different methods, the accuracy increases as the correlation among attributes increases. This may be because the higher the dependency among the attributes, the lesser the number of possible attribute patterns, making estimation relatively easier (<xref ref-type="bibr" rid="R4">Li et al., 2022</xref>).</p>
<table-wrap id="T3" position="float" orientation="portrait">
<label>Table 3:</label><caption><p>Mean Accuracy (50 Repetitions) for <italic>K</italic> = 3, 4, 5, and <italic>J</italic> = 20</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<col align="left" valign="middle" />
<thead>
<tr>
<th rowspan="2" align="left" valign="top"><p>K</p></th>
<th rowspan="2" align="center" valign="top"><p>N</p></th>
<th rowspan="2" align="center" valign="top"><p>Model</p></th>
<th colspan="4" align="center" valign="top"><p>Accuracy (1-Error)</p></th>
</tr>
<tr>
<th align="center" valign="top"><p><italic>&#x03C1;</italic> = 0</p></th>
<th align="center" valign="top"><p><italic>&#x03C1;</italic> = 0.15</p></th>
<th align="center" valign="top"><p><italic>&#x03C1;</italic> = 0.25</p></th>
<th align="center" valign="top"><p><italic>&#x03C1;</italic> = 0.5</p></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td rowspan="9" align="left" valign="top"><p>3</p></td>
<td rowspan="3" align="center" valign="top"><p>500</p></td>
<td align="left" valign="top"><p>Lasso</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8253</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8587</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8610</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8613</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>TLP</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8420</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8650</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8823</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9023</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>RBM</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8420</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8727</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8957</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9017</p></td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center" valign="top"><p>1000</p></td>
<td align="left" valign="top"><p>Lasso</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9043</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9117</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9217</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9220</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>TLP</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9037</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9453</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9450</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9593</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>RBM</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8667</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9123</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9323</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9400</p></td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center" valign="top"><p>2000</p></td>
<td align="left" valign="top"><p>Lasso</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9300</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9703</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9667</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9550</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>TLP</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9623</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9813</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9857</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9930</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>RBM</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8893</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9390</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9440</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9513</p></td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="6" align="left" valign="top"><p>4</p></td>
<td rowspan="3" align="center" valign="top"><p>1000</p></td>
<td align="left" valign="top"><p>Lasso</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.7375</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.7930</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8030</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8220</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>TLP</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.7528</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8140</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8515</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8740</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>RBM</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8285</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8395</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8588</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8970</p></td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center" valign="top"><p>2000</p></td>
<td align="left" valign="top"><p>Lasso</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8323</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8615</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8738</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8673</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>TLP</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8453</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8918</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9008</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9185</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>RBM</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8553</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8708</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8928</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.9093</p></td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="6" align="left" valign="top"><p>5</p></td>
<td rowspan="3" align="center" valign="top"><p>1000</p></td>
<td align="left" valign="top"><p>Lasso</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.6500</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.6648</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.7006</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.7452</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>TLP</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.6500</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.6784</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.7188</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.7736</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>RBM</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8282</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8534</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8404</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8432</p></td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center" valign="top"><p>2000</p></td>
<td align="left" valign="top"><p>Lasso</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.7096</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.7768</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8122</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8348</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>TLP</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.7228</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8004</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8330</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8990</p></td>
</tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><p>RBM</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8668</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8730</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8850</p></td>
<td align="center" valign="top"><p>0.8714</p></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="S10">
<title>Conclusion and Future Direction</title>
<p>In conclusion, it is shown in <xref rid="T3" ref-type="table">Table 3</xref> that the CDMs with TLP method outperformed the ones with LASSO method. Moreover, it is interesting to see that the RBM models have stable performance for <inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ineqn073"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The RBM models always have an accuracy of 82% or more for these data while CDMs perform badly when <italic>N</italic> is small.</p>
<p>The future work of interest would be to explore different ways to include interactions between latent attributes so that the assumptions set in RBM will not be violated. In practice, it is hard to find latent attributes that do not correlate with one another. Thus, by addressing this latent attribute interaction problem, the RBM method that has higher accuracy can be created. One potential way to address this problem may be integrating deep learning into the RBM method.</p>
<p>Owing to the success and stability of the RBM method in learning dichotomous item responses, it will also be interesting to implement the RBM method in research that uses polytomous item responses. This is because a lot of questionnaires contain responses in the form of a 5-point or 7-point Likert scale. It will be interesting to study how different levels of responses correlate with mastering a certain skill or how the slipping and guessing parameters are affected by the way the questions were phrased. For example, an examinee may have the skills to answer a mathematical question correctly, but because the questions contain ambiguity and poor word choices, the examinee may be unable to answer the question.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack id="S">
<title>Acknowledgment</title>
<p>The author would like to thank Prof. Gongjun Xu and Dr. Chenchen Ma for their advice, guidance, and the opportunity to engage in this research, the Advanced Research Computing at the University of Michigan for their consultation on code performance, and Weihan Xu for his assistance.</p>
</ack>
<ref-list><title>References</title>
<ref id="R1"><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>de la Torre</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>DINA Model and Parameter Estimation: A Didactic</article-title>. <source>Journal of Educational and Behavioral Statistics</source>, <volume>34</volume>(<issue>1</issue>), <fpage>115</fpage>&#x2013;<lpage>130</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="R2"><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>de la Torre</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>The Generalized DINA Model Framework</article-title>. <source>Psychometrika</source>, <volume>76</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>179</fpage>&#x2013;<lpage>199</lpage>. <ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" ext-link-type="doi" xlink:type="simple" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s11336-011-9207-7">https://doi.org/10.1007/s11336-011-9207-7</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="R3"><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Henson</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Templin</surname>, <given-names>J. L.</given-names></string-name>, &amp; <string-name><surname>Willse</surname>, <given-names>J. T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Defining a Family of Cognitive Diagnosis Models Using Log-Linear Models with Latent Variables</article-title>. <source>Psychometrika</source>, <volume>74</volume>(<issue>2</issue>), <fpage>191</fpage>&#x2013;<lpage>210</lpage>. <ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" ext-link-type="doi" xlink:type="simple" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s11336-008-9089-5">https://doi.org/10.1007/s11336-008-9089-5</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="R4"><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ma</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, &amp; <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Learning Large Q-Matrix by Restricted Boltzmann Machines</article-title>. <source>Psychometrika</source>. <ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" ext-link-type="doi" xlink:type="simple" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s11336-021-09828-4">https://doi.org/10.1007/s11336-021-09828-4</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="R5"><mixed-citation publication-type="web"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>N&#x00E1;jera</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sorrel</surname>, <given-names>M. A.</given-names></string-name>, &amp; <string-name><surname>Abad</surname>, <given-names>F. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <source>cdmTools: Useful Tools for Cognitive Diagnosis Modeling (1.0.1) [Computer software]</source>. <ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://CRAN.R-project.org/package=cdmTools">https://CRAN.R-project.org/package=cdmTools</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="R6"><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ravand</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, &amp; <string-name><surname>Robitzsch</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <source>Cognitive Diagnostic Modeling Using R</source>. <ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" ext-link-type="doi" xlink:type="simple" xlink:href="https://doi.org/10.7275/5G6F-AK15">https://doi.org/10.7275/5G6F-AK15</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="R7"><mixed-citation publication-type="web"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Robitzsch</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kiefer</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>George</surname>, <given-names>A. C.</given-names></string-name>, &amp; <string-name><surname>Uenlue</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <source>CDM: Cognitive Diagnosis Modeling (7.6&#x2013;11) [Computer software]</source>. <ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://CRAN.R-project.org/package=CDM">https://CRAN.R-project.org/package=CDM</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="R8"><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Smolensky</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name></person-group> (<year>1986</year>). <source>Information Processing in Dynamical Systems: Foundations of Harmony Theory</source>. <publisher-name>Colorado University at Boulder Dept of Computer Science</publisher-name>. <ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://apps.dtic.mil/sti/citations/ADA620727">https://apps.dtic.mil/sti/citations/ADA620727</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="R9"><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, &amp; <string-name><surname>Shang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Identifying Latent Structures in Restricted Latent Class Models</article-title>. <source>Journal of the American Statistical Association</source>, <volume>113</volume>(<issue>523</issue>), <fpage>1284</fpage>&#x2013;<lpage>1295</lpage>. <ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" ext-link-type="doi" xlink:type="simple" xlink:href="https://doi.org/10.1080/01621459.2017.1340889">https://doi.org/10.1080/01621459.2017.1340889</ext-link></mixed-citation></ref></ref-list>
</back>
</article>
