多元统计-主成分分析案例

多元统计分析实例院系:商学院学号:姓名:多元统计分析实例本文收集了2012年31个省市自治区的农林牧渔和相关农业数据,通过对对收集的数据进行比较分析对31个省市自治区进行分类.选取了6个指标农业产值,林业产值.牧业总产值,渔业总产值,农村居民家庭拥有生产性固定资产原值,农村居民家庭经营耕地面积.数据如下表:一.聚类法设定4个群聚,采用了系统聚类法.下表为spss分析之后的结果.Rescaled Distance Cluster CombineC A S E 0 5 10 15 20 25 Label Num +---------+---------+---------+---------+---------+内蒙 5 -+吉林7 -+云南25 -+-+江西14 -+ +-+陕西27 -+-+ |新疆31 -+ +-+安徽12 -+-+ | |广西20 -+ +-+ +-------+辽宁 6 ---+ | |浙江11 -+-----+ |福建13 -+ |重庆22 -+ +---------------------------------+贵州24 -+ | |山西 4 -+---+ | |甘肃28 -+ | | |北京 1 -+ | | |青海29 -+ +---------+ |天津 2 -+ | |上海9 -+ | |宁夏30 -+---+ |西藏26 -+ |海南21 -+ |河北 3 ---+-----+ |四川23 ---+ | |黑龙江8 -+-+ +-------------+ |湖南18 -+ +---+ | | |湖北17 -+-+ +-+ +-------------------------+广东19 -+ | |江苏10 -------+ |山东15 -----------+-----------+河南16 -----------+群集成员案例 4 群集1:北京12:天津13:河北14:山西15:内蒙26:辽宁17:吉林28:黑龙江29:上海110:江苏111:浙江112:安徽113:福建114:江西115:山东316:河南117:湖北118:湖南119:广东120:广西121:海南122:重庆123:四川124:贵州125:云南126:西藏427:陕西128:甘肃129:青海130:宁夏131:新疆2从SPSS分析结果可以得到,内蒙,吉林,黑龙江,新疆为第2族群,这一族群的特点是农业收入可能不高,但是农民的固定资产,和耕地面积非常高,农民的富余程度或者机械化程度较高;山东是第3族群,这一族群中六个指标都处于较高水平,农林牧渔四项收入都处于较高水平而且农民富余;西藏处于第4族群,这是因为,西藏人员较少,自然条件恶劣,可使用耕地少,但是,由于国家的扶持,农民的固定资产较多,农民相对而言比较富足;大多数省份属于第1族群,这一族群的特点在于六项指标都没有较为突出的一项,或者农林牧渔收入的本来就少,或者是农民的虽然比较辛苦,总体的农业收入较高,但是农民的收入水平比较低,固定资产较少.三.判别法654321,,,,,X X X X X X 分别代表农业产值,林业产值.牧业总产值,渔业总产值,农村居民家庭拥有生产性固定资产原值,农村居民家庭经营耕地面积.分析案例处理摘要未加权案例N百分比有效31 100.0排除的缺失或越界组代码 0 .0 至少一个缺失判别变量 0 .0 缺失或越界组代码还有至少一个缺失判别变量 0.0合计0 .0 合计 31 100.0实验结果分析:从表上可以看出,组均值之间差值很大.各个分组,在6项指标上均值有较明显的差异.由表中可以知道,13456指标之间的sig值较小,2指标sig值有0.561较大,不过仍说明接受原假设,各指标族群间差异较大.从表中可以知道,检验结果p值>0.05,此时,说明协方差矩阵相等，可以进行bayes检验.Fisher 分析法协方差矩阵的均等性的箱式检验对数行列式AverageLinkage(BetweenGroups) 秩对数行列式1661.125典型判别式函数摘要由表中看出，函数1,2的特征值达到0.911,0.822 比较大，对判别的贡献大..标准化的典型判别式函数系数函数123农业总产值.500-.196.000林业总产值.234.164-.742牧业总产值-.639.143.649渔业总产值-.185-.130.869农村居民家庭拥有生产性.370 1.022.071固定资产原值由表中可知，3个Fisher 判别函数分别为:64323622621037.003.001.0009.0975.0489.0002.0269.2626.0003.0928.2X X X X y X X y X X y +++--=-++-=++-=农村居民家庭拥有生产性固定资产原值 对判别 数据所属群体无用.该表是原始变量与典型变量（标准化的典型判别函数）的相关系数，相关系数的绝对值越大，说明原始变量与这个判别函数的相关性越强.从表中可以看出相关性较强.符合较好.由上表可知各类别重心的位置，通过计算观测值与各重心的距离，距离最小的即为该观测值的分类.贝叶斯分析法该表为贝叶斯函数判别函数的取值,从图中可以知道三类贝叶斯函数. 第一类:418.8153.0001.0002.003.0029.003.01543211-++--+=x x x x x x y第二类;18.38286.4004.0004.0009.042.006.06543212-++--+=x x x x x x y 第三类;732.20.1001.0010.0002.0010.002.06543213--+++-=x x x x x x y 第四类:646.61675.1002.0006.0004.0051.0003.06543214--+--+=x x x x x x y 将各样品的自变量值代入上述4个Bayes 判别函数，得到函数值。

《多元统计实验》主成分分析实验报告三、实验结果分析6.5人均粮食产量x5,经济作物占农作物播种面积x6,耕地占土地面积比x7,果园与林地面积之比x8,灌溉田占1耕地面积比例x9等五个指标有较强的相关性, 人口密度x1,人均耕地面积x2,森林覆盖率x3,农民人均收入x4相关性也很强，再作主成分分析，求样本相关矩阵的特征值和主成分载荷。

λ11/2=2.158962，λ21/2=1.4455076，λ31/2 =1.0212708，λ41/2 =0.71233588，λ51/2 =0.5614001，λ61/2 =0.43887788，λ71/2 =0.33821497，λ81/2 =0.212900230，λ91/2=0.177406876。

确定主成分分析，前两个主成分的累积方差贡献率为75.01%，前三个主成分的累积方差贡献率为86.59%，按照累积方差贡献率大于80%的原则，主成分的个数取为3，前三个主成分分别为：Z*1=0.3432x*1-0.446x*3+0.376x*5+0.379x*6+0.432x*7+0.446x*9Z*2=0.368x*1-0.614x*2-0.61x*4-0.307x*5-0.1224x*6Z*3=-0.122x*6+0.246x*7-0.950x*8第一主成分在x*7,x*9两个指标上取值为正且载荷较大，可视为反映耕地占比和灌溉田占耕地面积比例的主成分，第二主成分在x*2和x*4这两个指标的取值为负，绝对值载荷最大，不能作为人均耕地和人均收入的主成分。

第三主成分，x*8这个指标取值为负且，载荷绝对值最大，不能反映果园与林地面积之比的主成分。

根据该图结果可以认为选取前两个指标作为主成分分析的选择是正确的。

将八个指标按前两个主成分进行分类：由结果可以得出森林覆盖率为一类，人口密度、果园与林地面积之比、耕地占土地面积比、灌溉田占耕地面积比为一类，经济作物占农作物播种面积比例、人均粮食产量、农民人均收入、人均耕地面积为一类。

主成分分析主成分分析、因子分析等在多元统计分析中属于协方差逼近技术。

主要是从协方差矩阵出发，实现一种正交变换，从而将高维系统表示为低维系统，在此过程中可以揭示研究对象的许多性质和特征。

主成分分析的结果可以用于回归分析、聚类分析、神经网络分析等等。

只要懂得线性代数中二次型化为标准型的原理，就很容易掌握主成分分析的原理，进而掌握因子分析的原理。

在理解正交变换数学原理的基础上，我们可以借助Excel 开展主成分分析。

为了清楚地说明主成分的计算过程，不妨给出一个简单的计算实例。

【例】2000 年中国各地区的城、乡人口的主成分分析。

这个例子只有两个变量（m=2）：城镇人口和乡村人口；31 个样品：即中国的31 个省、自治区和直辖市（n=31）。

资料来自2001 年《中国统计年鉴》，为2000 年全国人口普查快速汇总的11 月1 日零时数。

由于变量太少，这个例子仅仅具有教学意义——简单的实例更容易清楚地展示计算过程的细节。

计算步骤5.1.1 详细的计算过程首先，录入数据，并对数据进行适当处理（图5-1-1）。

计算的详细过程如下。

第一步，将原始数据绘成散点图主成分分析原则上要求部分变量之间具有线性相关趋势。

如果所有变量彼此之间不相关（即正交），则没有必要进行主成分分析，因为主成分分析的目的就是用正交的变量代替原来非正交的变量。

如果原始变量之间为非线性关系，则有必要对数据进行线性转换，否则效果不佳。

从图5-1-2 可见，原始数据具有非线性相关趋势，可以近似匹配幂指数函数，且测定系数R2=0.5157，相应地，相关系数R=0.7181（图5-1-2a）；取对数之后，点列具有明显的线性趋势（图5-1-2b）。

第二步，对数据进行标准化标准化的数学公式为我们将对对数变换后的数据开展主成分分析，因此只对取对数后的数据标准化。

根据图5-1-1所示的数据排列，应该按列标准化，用xij 代表取对数之后的数据，则下式分别为第j 列数据的均值和标准差，xij 为第i 行（即第i 个样本）、第j 列（即第j 个变量）的数据，xij*为相应于xij 的标准化数据，n=31 为样品数目（参见图5-1-1）。

主成分分析案例数据目录主成分分析案例数据 (1)介绍主成分分析 (1)主成分分析的定义和背景 (1)主成分分析的应用领域 (2)主成分分析的基本原理 (3)主成分分析案例数据的收集和准备 (4)数据收集的方法和来源 (4)数据的预处理和清洗 (5)数据的特征选择和变换 (6)主成分分析的步骤和方法 (7)数据的标准化和中心化 (7)协方差矩阵的计算 (8)特征值和特征向量的求解 (9)主成分的选择和解释 (10)主成分分析案例数据的分析和解释 (11)主成分的解释和贡献率 (11)主成分的权重和特征 (11)主成分得分的计算和应用 (12)主成分分析的结果和结论 (13)主成分分析的结果解读 (13)主成分分析的应用建议 (14)主成分分析的局限性和改进方法 (15)总结和展望 (16)主成分分析的优势和局限性总结 (16)主成分分析的未来发展方向 (16)主成分分析在实际问题中的应用前景 (16)介绍主成分分析主成分分析的定义和背景主成分分析（Principal Component Analysis，简称PCA）是一种常用的多变量数据分析方法，旨在通过降维将高维数据转化为低维数据，同时保留原始数据中的主要信息。

它是由卡尔·皮尔逊（Karl Pearson）于1901年提出的，被广泛应用于数据挖掘、模式识别、图像处理等领域。

主成分分析的背景可以追溯到19世纪末，当时统计学家们开始关注如何处理多变量数据。

在那个时代，数据集的维度往往非常高，而且很难直观地理解和分析。

因此，研究人员开始寻找一种方法，能够将高维数据转化为低维数据，以便更好地理解和解释数据。

主成分分析的基本思想是通过线性变换将原始数据映射到一个新的坐标系中，使得新坐标系下的数据具有最大的方差。

这样做的目的是希望通过保留原始数据中的主要信息，同时减少数据的维度，从而更好地理解数据的结构和特征。

具体而言，主成分分析通过计算数据的协方差矩阵，找到一组正交的基向量，称为主成分。

多元统计分析笔记附实例1.主成分分析，因⼦分析，对应分析可以⽤来简化数据结构⼜不会损失太多信息2.聚类分析和判别分析是对所考察的变量按相似程度进⾏分类。

3.回归分析⽤来判断⼀些变量的变化是不是依赖于另外⼀些变量的变化，如果是，建⽴变量之间的定量关系式，并⽤于预测4.典型相关分析⽤来分析两组变量之间的相互关系5.多元数据的统计推断参数估计假设检验6.参数估计：⽤样本值估计总体X中的某些参数。

点估计：区间估计：7.数学期望的置信区间分为⽅差已知和⽅差未知置信区间：估计参数的取值范围8.假设检验：对总体的分布律或分布参数作某种假设，根据抽样得到的值，俩判断假设是否成⽴。

9.假设检验分为参数检验和⾮参数检验。

参数检验是在总体分布类型已经知道情况下进⾏的，其⽬的是对总体的参数及其有关性质做出明确判断。

⾮参数检验这是总体分布类型未知的情况下进⾏的检验10.相关系数是⽤来描述两个变量间的线性相关程度的。

简单线性相关系数：Pearson11.标准化：（1）min-max标准化对原始数据进⾏线性变换适⽤于最⼤值和最⼩值已知⽬的是把所有制映射到[0，1] 区间。

（2）Z-zcore 标准化适⽤于最⼤值和最⼩值未知，或者超出取值范围的离群数据的值。

12. 聚类分析：分析-----分类—系统聚类---检验聚类分析显著性：/doc/f89672b26294dd88d0d26b9a.html/article/e8cdb32b7a2daf37052bade5.html⽤SPSS做相关分析的应⽤⽰例【例】表1是某市从1978年⾄1992年社会商品零售总额、居民收⼊和全市总⼈⼝统计数字表，试分析它们之间是否存在线性关系。

表1某市统计表第⼀步：建⽴数据⽂件。

定义变量：序号为Number，假设年份⽤y表⽰，零售总额⽤r表⽰，居民收⼊⽤i表⽰，全市总⼈⼝⽤p表⽰，输⼊数据，如下截图⽰：第⼆步：进⾏数据分析。

在数据⽂件管理窗⼝中，点击Analyze，展开下拉菜单，再点击Correlate中的Bivariate项，进⼊Bivariate Correlations对话框，请童鞋们看下图：(1)在左边的这个东东为源变量列框，右边的Variables框为待分析的变量列框，就是这个东东：(2)再看下边的Correlation Coefficients选项，也就是分析⽅法选择项，就是这个东东。

一、对我国30 个省市自治区乡村居民生活水平作聚类剖析1、指标选择及数据：为了全面剖析我国乡村居民的生活状况，主要考虑从收入、花费、就业等几个方面对乡村居民的生活状况进行观察。

所以选用以下指标：农村产品价钱指数、乡村住所投资、乡村居民花费水平、乡村居民花费支出、乡村居民家庭人均纯收入、耕地面积及乡村就业人数。

现从２０１０年的检查资猜中抽取３０个样本，指标数据以下：耕地乡村乡村居乡村私农产品价乡村居乡村居民面积住所民生活营公司格指数民花费家庭人均2008地域投资花费支就业人（上年水平纯收入（万（亿出共计数（万=100）（元）（元）公元）（元）人）顷）北京12886 13262天津7814 10075河北3867 5958山西4500 4736内蒙古4486 5530辽宁5739 6908吉林4663 6237黑龙江4536 6211上海13609 13978江苏8196 9118浙江9878 11303安徽4447 5285福建6879 7427江西4397 5789山东5733 6990河南4061 5524湖北4758 5832湖南4513 5622广东5880 7890广西3561 4543海南3846 5275重庆3652 5277四川4748 5087贵州2926 3472云南3603 3952陕西3683 4105甘肃2975 3425青海3684 3863宁夏3894 4675新疆3590 4643数据根源：《中国统计年鉴2010》．２、将数据进行标准化变换：耕地乡村乡村居乡村私农产品价乡村居乡村居民面积住所民生活营公司格指数民花费家庭人均2008地域投资花费支就业人（上年水平纯收入（万（亿出共计数（万=100）（元）（元）公元）（元）人）顷）北京河北山西内蒙古辽宁吉林黑龙江上海江苏浙江安徽福建江西山东河南湖北湖南广东广西海南重庆四川贵州云南陕西甘肃宁夏新疆３、用Ｋ－均值聚类法对样本进行分类以下：聚类成员事例号地域聚类距离1 北京 12 天津 23 河北 34 山西 45 内蒙古 36 辽宁 27 吉林 38 黑龙江 39 上海 110 江苏 211 浙江 112 安徽 313 福建 214 江西 415 山东 316 河南 317 湖北 318 湖南 419 广东 220 广西 421 海南 422 重庆 423 四川 324 贵州 425 云南 326 陕西 427 甘肃 428 青海 429 宁夏 430 新疆 4分四类的状况下，最后分类结果以下：第一类：北京、上海、浙江。

【转】主成分分析法概述、案例实例分析主成分分析法主成分分析也称主分量分析，旨在利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标。

在实证问题研究中，为了全面、系统地分析问题，我们必须考虑众多影响因素。

这些涉及的因素一般称为指标，在多元统计分析中也称为变量。

因为每个变量都在不同程度上反映了所研究问题的某些信息，并且指标之间彼此有一定的相关性，因而所得的统计数据反映的信息在一定程度上有重叠。

在用统计方法研究多变量问题时，变量太多会增加计算量和增加分析问题的复杂性，人们希望在进行定量分析的过程中，涉及的变量较少，得到的信息量较多。

主成分分析正是适应这一要求产生的，是解决这类题的理想工具。

主成分分析法是一种数学变换的方法, 它把给定的一组相关变量通过线性变换转成另一组不相关的变量，这些新的变量按照方差依次递减的顺序排列。

在数学变换中保持变量的总方差不变，使第一变量具有最大的方差，称为第一主成分，第二变量的方差次大，并且和第一变量不相关，称为第二主成分。

依次类推，I 个变量就有I个主成分。

这种方法避免了在综合评分等方法中权重确定的主观性和随意性，评价结果比较符合实际情况；同时，主成份分量表现为原变量的线性组合，如果最后综合指标包括所有分量，则可以得到精确的结果，百分之百地保留原变量提供的变差信息，即使舍弃若干分量，也可以保证将85％以上的变差信息体现在综合评分中，使评价结果真实可靠。

是在实际中应用得比较广的一种方法。

由于其第一主成份（因子）在所有的主成分中包含信息量最大，很多学者在研究综合评价问题时常采用第一主成分来比较不同实体间的差别。

综上所述，该方法的优点主要体现在两个方面：1.权重确定的客观性；2.评价结果真实可靠。

1．主成分分析的基本原理主成分分析：把原来多个变量划为少数几个综合指标的一种统计分析方法，是一种降维处理技术。

）记原来的变量指标为x1，x2，…，xP，它们的综合指标——新变量指标为z1，z2，…，zm（m≤p），则z1，z2，…，zm分别称为原变量指标x1，x2，…，xP的第一，第二，…，第m 主成分，在实际问题的分析中，常挑选前几个最大的主成分。

在统计学中，主成分分析（principal components analysis, PCA）是一种简化数据集的技术。

它是一个线性变换。

这个变换把数据变换到一个新的坐标系统中，使得任何数据投影的第一大方差在第一个坐标(称为第一主成分)上，第二大方差在第二个坐标(第二主成分)上，依次类推。

主成分分析经常用减少数据集的维数，同时保持数据集的对方差贡献最大的特征。

这是通过保留低阶主成分，忽略高阶主成分做到的。

这样低阶成分往往能够保留住数据的最重要方面。

在实证问题研究中，为了全面、系统地分析问题，我们必须考虑众多影响因素。

这些涉及的因素一般称为指标，在多元统计分析中也称为变量。

因为每个变量都在不同程度上反映了所研究问题的某些信息，并且指标之间彼此有一定的相关性，因而所得的统计数据反映的信息在一定程度上有重叠。

在用统计方法研究多变量问题时，变量太多会增加计算量和增加分析问题的复杂性，人们希望在进行定量分析的过程中，涉及的变量较少，得到的信息量较多。

主成分分析正是适应这一要求产生的，是解决这类题的理想工具主成分分析法是一种降维的统计方法，它借助于一个正交变换，将其分量相关的原随机向量转化成其分量不相关的新随机向量，这在代数上表现为将原随机向量的协方差阵变换成对角形阵，在几何上表现为将原坐标系变换成新的正交坐标系，使之指向样本点散布最开的p 个正交方向，然后对多维变量系统进行降维处理，使之能以一个较高的精度转换成低维变量系统，再通过构造适当的价值函数，进一步把低维系统转化成一维系统。

主成分分析的主要作用体现在五个方面，第一，主成分分析能降低所研究的数据空间的维数。

第二，可通过因子负荷的结论，弄清X变量间的某些关系。

第三，可用于多为数据的一种图形表现方法。

第四，可由主成分分析构造回归模型，即把各个主成分作为新自变量代替原来自变量做回归分析。

第五，用主成分分析筛选回归变量。

案例分析：下表是关于全国31个省市的8项经济指标，以此为例，进行主成分分析。

几种多元统计分析方法及其在生活中的应用一、本文概述随着大数据时代的到来，多元统计分析方法在各个领域中的应用日益广泛，其重要性和价值逐渐凸显。

本文旨在深入探讨几种主流的多元统计分析方法，包括主成分分析（PCA）、因子分析（FA）、聚类分析（CA）以及判别分析（DA）等，并阐述这些方法在生活实践中的具体应用。

我们将对每种多元统计分析方法进行详细介绍，包括其基本原理、实施步骤以及优缺点等方面。

通过这些基础知识的普及，为读者提供一个清晰的方法论框架，为后续的实际应用打下坚实基础。

我们将结合生活中的实际案例，详细阐述多元统计分析方法的应用场景。

这些案例可能涉及市场营销、医学诊断、社会调查、金融分析等多个领域，旨在展示多元统计分析方法在解决实际问题中的强大威力。

我们将对多元统计分析方法在生活中的应用前景进行展望，分析未来可能的发展趋势和挑战。

本文还将提出一些针对性的建议，以期推动多元统计分析方法在实践中的更广泛应用和发展。

通过本文的阐述，我们希望能够为读者提供一个全面、深入的多元统计分析方法及其在生活中的应用指南，为相关领域的研究和实践提供有益的参考。

二、多元统计分析方法介绍多元统计分析是一种在多个变量间寻找规律性的统计分析方法，其核心在于通过提取多个变量的信息，揭示出这些变量间的内在结构和相互关系。

以下是几种常见的多元统计分析方法及其特点。

多元回归分析：这种方法主要研究多个自变量对因变量的影响，旨在构建自变量与因变量之间的数学模型，并预测因变量的未来趋势。

多元回归分析可以帮助我们理解各个自变量对因变量的影响程度，以及这些影响是否显著。

主成分分析（PCA）：PCA是一种降维技术，它通过正交变换将原始变量转换为线性无关的新变量，即主成分。

这些主成分按照其方差大小排序，前几个主成分通常可以代表原始数据的大部分信息。

PCA在数据压缩、特征提取和可视化等方面有广泛应用。

因子分析：因子分析通过提取公共因子来简化数据集，这些公共因子可以解释原始变量间的相关性。