回归分析在数模竞赛中的应用-1
- 格式:doc
- 大小:289.00 KB
- 文档页数:7
1. 一个班有7名男性工人,他们的身高和体重列于下表
请把他们分成若干类并指出每一类的特征。
这里身高以米为单位,体重以千克为单位。
2. 有两种跳蚤共10只,分别测得它们四个指标值如表。
1)用距离判别法建立判别准则。
2)问(192, 287, 141, 198)和(197, 303, 170, 205)各属于哪一种?
求y 关于x 的线性回归方程,检验回归效果是否显著,并预测x=42℃时产量的估值
4.在研究化学动力学反应过程中,建立了一个反应速度和反应物 含量的数学模型,形式为
3
423125
3
211x x x x x y βββββ+++-
=
其中51,,ββ 是未知参数,321,,x x x 是三种反应物(氢,n 戊烷, 异构戊烷)的含量,y 是反应速度.今测得一组数据如表,试由 此确定参数51,,ββ
序号反应速度y 氢x1 n戊烷x2 异构戊烷x3
1 8.55 470 300 10
2 3.79 285 80 10
3 4.82 470 300 120
4 0.02 470 80 120
5 2.75 470 80 10
6 14.39 100 190 10
7 2.54 100 80 65
8 4.35 470 190 65
9 13.00 100 300 54
10 8.50 100 300 120
11 0.05 100 80 120
12 11.32 285 300 10
13 3.13 285 190 120 5.主成分与卡方检验已课件为主。
回归分析在计算机科学研究中的应用有哪些?回归分析是一种常用的统计方法,用于研究变量之间的关系。
在计算机科学领域,回归分析被广泛应用于数据建模、预测分析、优化算法等多个方面。
以下是回归分析在计算机科学研究中的应用:一、数据建模回归分析在计算机科学中最常见的应用是数据建模。
通过分析已经收集到的数据,我们可以建立起一个回归模型,从而预测未来的数据趋势。
这对于用户行为分析、市场研究以及系统性能评估等方面都具有重要意义。
例如,在电子商务领域,我们可以使用回归分析来分析用户购买行为,从而优化广告投放策略,提高销售额。
二、预测分析回归分析可以用来进行预测分析,帮助我们预测某个变量的未来值。
这在计算机科学领域中有广泛的应用,例如天气预报、股市预测等。
通过回归分析,我们可以通过历史数据来预测未来的趋势,从而做出相应的决策。
例如,我们可以利用回归分析来预测网络流量的变化,从而优化网络拓扑结构,提高网络性能。
三、优化算法回归分析在优化算法中也有着重要的应用。
在计算机科学领域,我们经常需要通过优化算法来解决各种问题,如任务调度、路径规划等。
使用回归分析可以帮助我们建立一个模型,从而对优化问题进行评估和预测。
通过回归分析,我们可以找到一组最优参数,使得目标函数的值最小或最大化。
例如,在机器学习中,我们可以使用回归分析来优化模型的参数,提高模型的准确性和性能。
四、异常检测回归分析还可以用于异常检测。
在计算机科学中,异常检测是一个重要的研究方向,用于发现不正常的行为和事件。
通过回归分析,我们可以建立一个模型来描述正常状态下的行为,然后使用该模型来检测异常。
例如,在网络安全中,我们可以使用回归分析来分析用户的登录模式,从而发现异常登录行为,提高系统的安全性。
综上所述,回归分析在计算机科学研究中有着广泛的应用。
通过数据建模、预测分析、优化算法以及异常检测,我们可以有效地解决各种计算机科学问题。
随着技术的发展和数据的不断累积,回归分析在计算机科学研究中的应用将会越来越广泛,为我们提供更多的解决方案和创新思路。
回归分析在数学建模中的应用回归分析是一种统计分析方法,用于研究自变量和因变量之间的关系。
它可以用于在数学建模中预测和解释变量之间的关系。
在本文中,我将讨论回归分析在数学建模中的应用以及其在解决实际问题中的重要性。
回归分析有两种主要类型:简单线性回归和多元线性回归。
简单线性回归是指只有一个自变量和一个因变量之间的关系,而多元线性回归是指有多个自变量和一个因变量之间的关系。
无论是简单线性回归还是多元线性回归,都可以用于预测和解释变量之间的关系。
在数学建模中,回归分析可以用于预测未知值。
通过分析一组已知的自变量和因变量之间的关系,可以建立一个数学模型,以便预测因变量的值。
这种预测能力可以在许多领域中得到应用,例如经济学、金融学、社会科学等。
举一个简单的例子,假设我们要建立一个模型来预测一个人的身高。
我们可以收集一组数据,包括自变量(例如年龄、性别、父母身高等)和因变量(身高)。
然后,我们可以使用回归分析来建立一个模型,以便根据给定的自变量来预测一个人的身高。
此外,回归分析还可以用来解释变量之间的关系。
通过分析已知的自变量和因变量之间的关系,可以得出结论,了解自变量对因变量的影响程度。
这对于解决实际问题非常重要。
例如,在经济学中,回归分析可以用来解释消费者支出与收入之间的关系。
通过分析已知的收入和消费者支出数据,可以得出结论,了解收入对消费者支出的影响程度。
这有助于制定经济政策和预测市场需求。
回归分析还可以用来评估自变量之间的相互作用。
在多元线性回归中,我们可以引入交互项,以考虑自变量之间的相互影响。
通过分析已知的自变量和因变量之间的关系,可以确定自变量之间的相互作用,并加以解释。
总的来说,回归分析在数学建模中有广泛的应用。
它可以用于预测和解释变量之间的关系,评估自变量之间的相互作用,解释因变量的变化程度,并评估模型的拟合程度。
回归分析在解决实际问题中起着重要的作用,帮助我们从数据中提取有价值的信息,并进行合理的预测和解释。
数学建模中的线性回归分析数学建模是一门综合性学科,融合了数学、统计学、物理学、工程学等多个学科的知识,旨在解决实际问题。
在数学建模中,线性回归分析是一种常见的方法,用于对数据进行建模和预测。
在本文中,我们将探讨线性回归分析在数学建模中的应用。
一、线性回归分析的基本原理线性回归分析是一种统计学方法,用于确定两个或多个变量之间的关系,并对未知变量进行预测。
在线性回归中,我们通常将一个变量称为因变量,而将另一个或多个变量称为自变量。
当只有一个自变量时,我们称之为简单线性回归;而当有多个自变量时,我们称之为多元线性回归。
简单线性回归模型可以表示为:Y = a + bX + e其中,Y表示因变量,X表示自变量,a表示截距,b表示斜率,e表示误差项。
我们的目标是通过最小化误差项的平方和来确定a和b的值,从而建立最优的线性回归方程。
在多元线性回归中,我们可以使用矩阵来表示线性回归方程:Y = Xb + e其中,Y, X, b, e的意义与简单线性回归的相同。
我们的目标是通过最小化误差项的平方和来确定b的值,从而建立多元线性回归方程。
二、线性回归分析在数学建模中的应用线性回归分析在数学建模中有着广泛的应用,以下是几个常见的例子:1. 市场营销在市场营销中,我们可以使用线性回归来预测销售额。
例如,我们可以收集销售额和广告费用的数据,通过建立线性回归模型来预测在不同的广告投入下,对销售额的影响。
2. 资源规划在资源规划中,我们可以使用线性回归来预测未来的能源需求。
例如,我们可以收集近年来的用电量和气温数据,通过建立线性回归模型来预测未来的用电量,并据此制定相应的能源供应计划。
3. 生态环境管理在生态环境管理中,我们可以使用线性回归来分析环境污染的来源。
例如,我们可以收集空气、水、土壤等指标的数据,通过建立线性回归模型来分析不同污染物的来源,以便制定相应的减排政策。
以上仅是线性回归分析在数学建模中的几个典型应用,实际上线性回归在其他领域中也有着广泛的应用,如金融、医学、物流等。
数学建模方法详解三种最常用算法在数学建模中,常使用的三种最常用算法是回归分析法、最优化算法和机器学习算法。
这三种算法在预测、优化和模式识别等问题上有着广泛的应用。
下面将对这三种算法进行详细介绍。
1.回归分析法回归分析是一种用来建立因果关系的统计方法,它通过分析自变量和因变量之间的关系来预测未知的因变量。
回归分析可以通过构建一个数学模型来描述变量之间的关系,并利用已知的自变量值来预测未知的因变量值。
常用的回归分析方法有线性回归、非线性回归和多元回归等。
在回归分析中,我们需要首先收集自变量和因变量的样本数据,并通过数学统计方法来拟合一个最优的回归函数。
然后利用这个回归函数来预测未知的因变量值或者对已知数据进行拟合分析。
回归分析在实际问题中有着广泛的应用。
例如,我们可以利用回归分析来预测商品销售量、股票价格等。
此外,回归分析还可以用于风险评估、财务分析和市场调研等。
2.最优化算法最优化算法是一种用来寻找函数极值或最优解的方法。
最优化算法可以用来解决各种优化问题,例如线性规划、非线性规划和整数规划等。
最优化算法通常分为无约束优化和有约束优化两种。
无约束优化是指在目标函数没有约束条件的情况下寻找函数的最优解。
常用的无约束优化算法有梯度下降法、共轭梯度法和牛顿法等。
这些算法通过迭代计算来逐步优化目标函数,直到找到最优解。
有约束优化是指在目标函数存在约束条件的情况下寻找满足约束条件的最优解。
常用的有约束优化算法有线性规划、非线性规划和混合整数规划等。
这些算法通过引入拉格朗日乘子、KKT条件等来处理约束条件,从而求解最优解。
最优化算法在现实问题中有着广泛的应用。
例如,在生产计划中,可以使用最优化算法来确定最优的生产数量和生产计划。
此外,最优化算法还可以应用于金融风险管理、制造工程和运输物流等领域。
3.机器学习算法机器学习算法是一种通过对数据进行学习和模式识别来进行决策和预测的方法。
机器学习算法可以根据已有的数据集合自动构建一个模型,并利用这个模型来预测未知的数据。
数学建模回归分析回归分析是一种用于研究变量之间关系的统计方法,广泛应用于数学建模领域。
它通过建立数学模型来描述和预测变量之间的关系,并根据实际数据进行参数估计和模型检验。
本文将介绍回归分析的基本概念、主要方法以及在数学建模中的应用。
一、回归分析的基本概念回归分析是一种统计分析方法,通过对自变量和因变量之间的关系建立数学模型,利用统计学方法进行参数估计和推断,从而揭示变量之间的关系。
常见的回归分析方法有简单线性回归、多元线性回归、非线性回归等。
简单线性回归是回归分析中最基础的方法之一,它用于研究一个自变量和一个因变量之间的关系。
简单线性回归模型可以用以下公式表示:Y=β0+β1X+ε其中,Y表示因变量,X表示自变量,β0和β1是回归系数,ε表示随机误差。
回归系数β0和β1的估计值可以通过最小二乘法进行求解。
多元线性回归是回归分析中常用的方法,它用于研究多个自变量和一个因变量之间的关系。
多元线性回归模型可以用以下公式表示:Y=β0+β1X1+β2X2+...+βkXk+ε其中,Y表示因变量,X1、X2、..、Xk表示自变量,β0、β1、β2、..、βk表示回归系数,ε表示随机误差。
回归系数的估计值可以通过最小二乘法进行求解。
非线性回归是回归分析中考虑自变量和因变量之间非线性关系的方法。
非线性回归模型的形式多种多样,常见的有指数函数、对数函数、幂函数等。
通过选择合适的数学模型,可以更准确地描述和预测变量之间的关系。
二、回归分析的主要方法1.最小二乘法最小二乘法是回归分析中常用的估计回归系数的方法。
它的基本思想是通过最小化观测值与模型预测值之间的差异,从而得到最优的回归系数估计值。
最小二乘法可以保证估计值具有最小方差的良好性质。
2.模型的选择和检验在回归分析中,合适的模型选择对结果的准确性至关重要。
常用的模型选择方法有前向选择法、后向选择法、逐步回归法等。
此外,还需要对建立的回归模型进行检验,常用的检验方法有参数估计的显著性检验、回归模型的整体拟合优度检验等。
回归分析法在分析测试中的应用实例回归分析法是一种相当有效的统计分析方法,它可以在分析测试中发挥重要作用。
在现实当中,由于各种复杂的实际情况,许多数据可能是多元关系。
回归分析法可以帮助我们有效地对多元关系进行数学研究,从而提高测试的可信度和准确性。
一般来说,回归分析法需要收集相关变量的观测值,并根据它们的关系构建回归模型。
根据模型结构的不同,回归分析法可以分为一元回归分析、多元回归分析、非线性回归分析和时间序列回归分析等。
其中,一元回归分析是最常见的,它用于研究两个变量之间的线性关系,常用于衡量自变量对因变量的影响程度。
而多元回归分析主要是用来解决多变量之间的复杂关系,强调变量之间的交互作用,从而更加全面地把握分析变量的趋势。
回归分析法在分析测试中的应用不仅可以提供可靠的统计分析方法,而且可以用于衡量某一因素对其他因素的影响,从而更深入地探索待测变量之间的关系,更准确地预测测试结果。
下面将进一步介绍回归分析法在分析测试中的应用实例。
首先,可以使用回归分析法来识别检测变量之间的关系。
比如,可以使用回归分析来确定用户消费行为与其他因素(如性别、年龄、收入等)之间的关系,从而分析消费者的购买行为并给出合理的优惠政策。
其次,回归分析法还可用于检测模型的准确性。
可以使用回归分析来检测模型的准确性,即回归系数,它是用来描述回归模型中变量之间的关系程度的量度。
比如,可以建立一个研究某种疾病的模型,并使用回归分析法计算回归系数,以确定模型对实际疾病患者的准确性。
最后,回归分析法还可以使用于根据测试结果得出结论,制定预测及改进建议。
比如,可以根据回归模型的结果,确定影响产品销售量的关键因素,从而制定合理的营销策略,实现预期的目标。
以上就是回归分析法在分析测试中的应用实例。
回归分析法可以有效地解决实际问题,为分析测试提供有力的支持,提高分析的可信度和准确性。
回归分析法被广泛应用于各行各业,是统计分析中不可或缺的工具,不仅在分析测试中占有重要地位,而且也有助于更好地服务于社会。
数据分析中的回归模型使用教程回归模型在数据分析中被广泛应用,它是一种统计学方法,用于研究两个或多个变量之间的关系,并作出预测。
回归分析的主要目标是通过研究一个或多个自变量与因变量之间的关系,来确定自变量对因变量的影响程度。
在数据分析中,回归模型可以用来解决各种问题,比如预测销售量、分析市场需求、评估广告效果等。
下面是一个回归模型在数据分析中的使用教程,旨在帮助读者在实际应用中合理运用回归模型。
第一步:明确问题在使用回归模型之前,首先要明确问题,确定自变量和因变量。
自变量是影响因变量的因素,因变量是我们想要预测或解释的变量。
第二步:收集数据收集相关数据是进行回归分析的基础。
确保数据的准确性和完整性非常重要。
数据可以从各种渠道获得,包括公司内部数据库、调查问卷、公开的数据集等。
要确保数据的质量,并进行必要的数据清洗和处理。
第三步:选择适当的回归模型选择适当的回归模型是回归分析的关键步骤。
在选择模型时,需要考虑自变量和因变量之间的关系类型,以及数据的特征。
常见的回归模型包括线性回归、多项式回归、逻辑回归等。
线性回归是最常用的回归模型,用于研究自变量之间线性关系。
第四步:拟合回归模型拟合回归模型是根据收集到的数据,利用统计方法计算出回归方程的过程。
根据选择的回归模型,利用相关软件或编程语言进行回归分析。
拟合回归模型的目标是找到最佳拟合的回归线。
第五步:进行模型诊断进行模型诊断是为了验证回归模型的准确性和合理性。
通过分析残差、检验回归系数的显著性等来评估模型拟合好坏。
如果模型诊断显示模型不适合,需要重新选择模型或调整模型参数。
第六步:解释和利用回归模型在确定了有效的回归模型后,需要对模型进行解释和利用。
根据回归系数的正负和大小,可以判断自变量对因变量的影响程度。
此外,还可以使用回归模型进行预测和推断。
第七步:进行灵敏度分析和模型改进当回归模型应用到实际问题中时,可能会遇到一些未考虑的因素和变化,这可能会对模型的准确性产生影响。
高校数学建模竞赛模型结果预测方法比较分析在高校数学建模竞赛中,模型结果的准确预测对于参赛选手至关重要。
不同的预测方法会受到数据处理、模型选择和算法运算等因素的影响。
本文将对比几种常见的高校数学建模竞赛模型结果预测方法,并进行详细分析。
一、回归分析法回归分析法是一种常见的预测方法,其基本思想是通过建立数学模型,利用已有的数据对未知的结果进行预测。
在高校数学建模竞赛中,回归分析法通常用于预测数值型的结果,如预测某个指标的变化趋势或未来的数值。
回归分析法的优点是模型简单易懂,计算速度快。
然而,该方法对数据质量要求较高,需要有足够的样本数据和准确的观测值。
在应用过程中,需要注意选取适当的自变量和合适的函数形式,以减少模型拟合误差。
二、时间序列分析法时间序列分析法是一种以时间为顺序的数据序列为基础进行预测的方法。
在高校数学建模竞赛中,时间序列分析法常用于对某些事件或现象的趋势进行分析和预测。
时间序列分析法的优点是能够利用历史数据进行建模,考虑到数据的时间相关性。
然而,该方法对数据的平稳性和序列的稳定性要求较高,需要进行预处理和差分操作。
此外,时间序列分析法需要根据具体情况选取合适的模型和参数,否则预测结果可能不准确。
三、神经网络法神经网络法是一种模仿人脑神经网络结构与功能进行数据处理和预测的方法。
在高校数学建模竞赛中,神经网络法常用于复杂的非线性模型预测。
神经网络法的优点是能够学习和适应复杂的非线性关系,对数据处理能力强。
然而,该方法需要较多的样本数据来训练网络,且对初始参数的选择比较敏感。
此外,神经网络法在应用过程中容易陷入过拟合问题,需要进行适当的正则化和优化。
四、集成学习法集成学习法是一种将多个基学习器的预测结果进行组合的方法。
在高校数学建模竞赛中,集成学习法常用于降低模型的方差和提高预测的准确性。
集成学习法的优点是能够充分利用不同模型的优势,减少预测结果的波动性。
然而,该方法需要合理选择基学习器和组合方式,并对每个基学习器进行充分训练,否则可能出现过拟合问题。
回归分析在数模竞赛中的应用§1 回归分析的基本思想在实际问题中,我们会遇到各种变量,在变量与变量之间,往往存在着各种关系。
有些变量之间的关系是确定性的函数关系,例如,圆的半径R 与圆面积S 之间的关系2R S π=,自由落体落下的时间t 与落下的距离h 之间的关系221gt h =,等等。
在这些关系中,只要自变量的值确定了,因变量的值也就随之确定了。
但是,有些变量之间的关系就不是这样,例如,农作物的施肥量x 与农作物的产量y 之间的关系,商品的价格x 与商品的销售量y 之间的关系,家庭的收入x 与家庭的支出y 之间的关系,父亲的身高x 与儿子的身高y 之间的关系,等等。
在这些关系中,自变量x 的值确定了,因变量y 的值并不完全随之确定,还是可能有上下起伏的变化。
同时,在这些关系中,自变量x 与因变量y 又不是完全无关的,通过大量的统计数据,可以发现,它们之间确实存在着某种关系。
我们把这样的关系,称为统计相关关系。
回归分析(Regression Analysis ),就是研究变量之间的统计相关关系的一种统计方法。
它从自变量和因变量的一组观测数据出发,寻找一个函数式,将变量之间的统计相关关系近似地表达出来。
这个能够近似表达自变量与因变量之间关系的函数式,称为回归方程或回归函数。
§2 回归分析问题的一般形式设有m 个自变量 m x x x ,,,21 和1个因变量 y ,它们之间有下列关系:ε+=),,,;,,,(2121p m a a a x x x F y ,其中,F 是函数形式已知的 m 元函数,p a a a ,,,21 是常数,是函数 F 中的未知参数,ε 是表示误差的随机变量,一般可认为 ε~),0(2σN ,0>σ 。
对 m x x x ,,,21 ,y 进行 n 次观测,得到观测值:),,,,(21i m i i i y x x x ,n i ,,2,1 = 。
对每一次观测来说,同样有下列关系i p im i i i a a a x x x F y ε+=),,,;,,,(2121 ,其中 i ε 是第 i 次观测时的随机误差,n i ,,2,1 =。
回归分析目标是:从观测数据出发,求 p a a a ,,,21 的估计 p a a aˆ,,ˆ,ˆ21 ,使得下列平方和 Q 达到最小:∑=-=ni p m i i i i a a a x x x F y Q 122121]),,,;,,,([ 。
由于估计的目标是使一个平方和达到最小,而平方又称为“二乘”,所以,这种估计称为最小二乘估计(Least Squares Estimator,简称LSE ),求这种估计的方法称为最小二乘法(Method of Least Squares )。
把 p a a aˆ,,ˆ,ˆ21 代入 Q 表达式,就得到Q 的最小值 ∑=-=ni p m i i i i a a ax x x F y Q 122121min ])ˆ,,ˆ,ˆ;,,,([ 。
Q 的最小值称为残差平方和,残差平方和越小,说明回归方程表达变量之间统计相关关系的精确程度越高,也就是回归分析的效果越好。
在数模竞赛中,经常会遇到可以用回归分析来解决的问题,下面是一些例子。
例1(1993年全国数模竞赛A 题)非线性交调的频率设计在一个电子通讯系统中,对输入信号强度u 和输出信号强度y 进行观测,得到下列数据:已知u 与y 之间的关系,是一个次数为3次的多项式:εββββ++++=332210u u u y ,作为非线性交调的频率设计的第一步,需要求出这个关系式。
这里,u 是自变量,y 是因变量,3210,,,ββββ是未知参数。
问题是要从u 和y 的观测值数据出发,求出参数3210,,,ββββ的估计。
显然,这是一个回归分析问题。
例2(1993年国际数模竞赛A 题)加速餐厅剩菜堆肥的生成一家自助餐厅,每天把顾客吃剩下的食物搅拌成浆状,混入厨房里废弃的碎绿叶菜和少量撕碎的报纸,再加入真菌和细菌,混合物原料在真菌和细菌的消化作用下生成堆肥。
下表给出了以磅为单位的混合物原料中各种成分的的数据,以及混合物原料喂入的日期要求确定:混合物原料中各种成分的比例与堆肥生成的速率之间是否有关系?如果有关系,怎样的比例才能使得堆肥生成的速度最快?设321,,x x x 分别是食物浆、绿叶菜和纸片在混合物原料中的比例,y 是生成堆肥所需要的时间。
要尝试给出321,,x x x 与y 之间的关系式。
可以考虑各种不同形式的关系,最简单的,可以认为它们之间有线性关系:εββββ++++=3322110x x x y ,其中,321,,x x x 是自变量,y 是因变量,3210,,,ββββ是未知参数。
问题是要从321,,x x x 和y 的观测值数据出发,求出参数3210,,,ββββ的估计(由于321,,x x x 是各种成分在总量中的比例,它们之间有1321=++x x x 的关系,3个自变量实际上不是独立的,为了避免估计结果的不确定,实际上还应该去掉一个自变量)。
显然,这也是一个典型的回归分析问题。
例3(1996年国际数模竞赛A 题)潜水艇的探测海洋中有一个背景噪声场,当附近有潜水艇驶过时,噪声场会发生变化。
要求给出一种方法,通过在水下检测点检测到的噪声场的变化情况,探测出附近有无潜水艇,潜水艇的位置、大小、形状、运动速度和运动方向。
这个问题有各种各样不同的做法,其中一种做法是:设 ),,(000z y x 是潜水艇中心的坐标,),,(z y x V V V 是潜水艇的速度分量。
近似认为潜水艇的形状是一个圆柱形的主体,前后两端加上两个半球。
设 L 是潜水艇圆柱形主体的长度,R 是圆柱形底面的半径。
在海洋中设置n 个检测点。
设第i 个检测点的坐标位置为),,(i i i z y x ,在这一点上测到的噪声强度为i p ,n i ,,2,1 =。
根据水声学原理,可以得到下列形式的关系式:i z y x i i i i R L V V V z y x z y x F p ε+=),,,,,,,,,,(000 ,n i ,,2,1 =。
其中,i p 是因变量的观测值,i i i z y x ,,是自变量的观测值,000,,z y x ,z y x V V V ,,,R L , 是未知参数,问题是要从自变量和因变量的观测值数据出发,求出参数 000,,z y x ,z y x V V V ,,,R L , 的估计。
显然,这也是一个回归分析问题。
§3 线性回归(Linear Regression )一、线性回归问题的一般形式和解法设有m 个自变量 m x x x ,,,21 和1个因变量 y ,它们之间有下列关系:εβββ++++=m m x x y 110 ,其中,m βββ,,,10 是未知参数,ε~),0(2σN 是表示误差的随机变量,0>σ 。
对 m x x x ,,,21 ,y 进行 n 次观测,得到一组观测值:),,,,(21i m i i i y x x x ,n i ,,2,1 = 。
即有i m i m i i x x y εβββ++++= 110 ,i ε~),0(2σN ,n i ,,2,1 = 。
线性回归的目标是:从自变量和因变量的观测数据出发,求未知参数 m βββ,,,10的估计值 mβββˆ,,ˆ,ˆ10 ,使得平方和 ∑=+++-=ni m i m i i x x y Q 12110)]([βββ达到最小。
Q 是 m βββ,,,10 的函数,所以,这是一个多元函数求最小值的问题,我们可以通过求偏导数、解下列方程组的方法,来确定 Q 的最小值点:⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=∂∂=∂∂=∂∂00010mQ Q Q βββ 从这个方程组中求得的解 m βββˆ,,ˆ,ˆ10 ,使 Q 达到最小,是 m βββ,,,10 的最小二乘估计。
(有时,线性回归问题中可能会不出现常数项0β,也可以类似地求解。
) 当自变量个数n 比较多时,线性回归的具体计算是很烦琐复杂的,如果靠人工计算,工作量很大。
现在计算机已经十分普及,人们已开发了许多现成的计算机程序和软件包,其中包括可以作一元和多元线性回归的软件。
我们在解决实际问题时,可以利用这些现成软件,十分方便迅速地完成线性回归的计算。
所以,我们这里就不将线性回归的具体计算公式详细写出来了。
二、衡量线性回归结果好坏的标准(1)残差平方和(剩余平方和 Residual Sum of Squares ,简称RSS ),残差平方和,也就是 Q 的最小值,记为e SS ∑=+++-==ni mi m i i x x y Q 12110min )]ˆˆˆ([βββ 。
e SS 越小,说明回归方程表达变量之间统计相关关系的精确程度越高,也就是回归分析的效果越好。
但 e SS 的大小还与样本观测次数n 有关。
(2)估计的标准差(残差标准差 Estimated Standard Deviation )1ˆ--=m n SS e e σ (如果回归问题中不出现常数项0β,则上式中的 1--m n 要改为 m n - )。
e σˆ 越小,表明 e SS 越小,回归分析的效果也就越好。
e σˆ的大小基本上与样本观测次数n 无关,但它是一个有量纲的量,与因变量y 同一量纲,所以它的数值大小与y 的量纲单位大小有关。
(3)多重相关系数(复相关系数 Multiple Correlation Coefficient )yy e L SS r -=1 ,其中,∑=-=n i i yy y y L 12)( , ∑==n i i y n y 11 。
可以证明,有 10≤≤r 。
r 越接近 1 ,说明e SS 越小,回归分析的效果也就越好。
r 是一个无量纲的量,它的大小与量纲的单位大小无关。
三、线性回归应用的实例前面介绍过的1993年国际数模竞赛A 题“加速餐厅剩菜堆肥的生成”就是一个线性回归的例子,下面再看一个例子。
例4(1993年全国数模竞赛B 题)给足球队排名次已知12支球队在全国甲级联赛中的成绩,要求设计一种依据这些成绩给足球队排名次的方法。
这个问题可以有多种不同的做法,回归分析就是其中的一种做法。
设 12=m 支球队的实力为 m βββ,,,21 ,这些都是未知的常数。
设 i y 是第 i 场比赛时,通过比分表现出来的主队与客队两队的实力之差。
例如,当两队的比分为 2:3 时,可以定义 23-=i y 或 23-=i y 或 3323-=i y 或⎪⎭⎫ ⎝⎛++=2131ln i y ,等等。
设第1场比赛,是1队对2队,1队为主队,2队为客队;第2场比赛,是3队对4队,3队为主队,4队为客队;第3场比赛,是1队对4队,1队为主队,4队为客队;…… 。