第十一章线性回归分析
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第十一章 回 归 分 析本章以一元线性回归模型为重点介绍回归分析方法,对于一元线性回归模型所建立的理论与方法作适当的修改便可推广到多元线性回归模型。
§1 回归的概念一、变量之间的关系现实中,各种变量相互依赖、相互影响,存在着某种关系。
如:价格与需求量、利率与投资、收入与消费,等等。
大致可以归纳为两类关系:确定性关系(函数关系),非确定性关系(统计关系)。
1. 确定性关系:变量之间存在着某种完全确定的关系。
如:总收益Y 与产量X 之间的关系:X P Y ⋅=当价格一定时,Y 由X 完全确定。
表现在图形上,()Y X ,的所有点位于一条直线上。
一般地:()n X X X f Y ,,21= (多元函数)2. 非确定性关系:变量之间由于受到某些随机因素的影响而呈现出一种不确定的关系。
如:农业产量主要受到降雨量、施肥量、温度等的影响,但决定产量的并非完全是这些因素,还要受到许多其它因素的影响,如冰雹、蝗灾等自然灾害。
非确定性关系可以分为两大类:1) 相关关系:两个变量处于完全对等的位置,且两个变量皆为随机变量,常用相关系数来度量。
如:计量经济学成绩与统计学成绩,物价水平和股票价格,等等。
2) 回归关系:一个变量的变化是另一个变量变化的原因,而不是相反。
如:消费量Y 与可支配收入X 之间便是一种回归关系。
一般来讲,随着可支配收入的增加,消费增加,可支配收入是影响消费的主要因素,但并非唯一的因XYPX Y =素,影响消费的因素还有消费习惯、地区差异、年龄构成、宗教信仰等等。
同样收入的家庭,有的支出多,有的支出少,即使是同一家庭,其每个月的收入相同的话,各个月的支出也不会完全一样。
这样,对应于一个X 的值,Y 有多个不同的值相对应,X 与Y 呈现出不确定性的关系。
此时:()u X f Y += (u 为随机影响)表现在图形上,()Y X ,的点不是完全处于一条直线(或曲线)上,而是围绕在一条理论线的两旁变化。
线性回归分析线性回归是一种用来建立和预测变量间线性关系的统计分析方法。
它可以帮助我们了解变量之间的相互影响和趋势,并将这些关系用一条直线来表示。
线性回归分析常被应用于经济学、社会科学、自然科学和工程等领域。
一、概述线性回归分析是一个广泛使用的统计工具,用于建立变量间的线性关系模型。
该模型假设自变量(独立变量)与因变量(依赖变量)之间存在线性关系,并通过最小化观测值与模型预测值之间的误差来确定模型的参数。
二、基本原理线性回归分析基于最小二乘法,通过最小化观测值与模型预测值之间的残差平方和来确定模型的参数。
具体来说,线性回归模型可以表示为:Y = β0 + β1X1 + β2X2 + ... + βnXn + ε,其中Y是因变量,X1到Xn是自变量,β0到βn是回归系数,ε是误差项。
回归系数表示自变量对因变量的影响程度。
三、应用步骤进行线性回归分析时,通常需要以下几个步骤:1. 收集数据:获取自变量和因变量的样本数据。
2. 建立模型:根据数据建立线性回归模型。
3. 评估模型的准确性:通过计算残差、决定系数等指标来评估模型的准确性。
4. 进行预测和推断:利用模型对未知数据进行预测和推断。
四、模型评价指标在线性回归分析中,有几个常用的指标用于评价模型的准确性:1. R平方值:R平方值表示因变量的变异性能够被模型解释的比例,数值范围为0到1。
R平方值越接近1,表示模型对数据的拟合程度越好。
2. 残差分析:进行残差分析可以帮助我们判断模型是否符合线性回归的基本假设。
一般来说,残差应该满足正态分布、独立性和等方差性的假设。
五、优缺点线性回归分析有以下几个优点:1. 简单易懂:线性回归模型的建立和解释相对较为简单,无需复杂的数学知识。
2. 实用性强:线性回归模型适用于很多实际问题,可以解决很多预测和推断的需求。
然而,线性回归分析也存在以下几个缺点:1. 假设限制:线性回归模型对于变量间关系的假设比较严格,不适用于非线性关系的建模。
十一章1. 解:回归分析是确定两种或两种以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法,运用十分广泛。
回归分析按照涉及的变量的多少,分为一元回归和多元回归分析;在线性回归中,按照因变量的多少,可分为简单回归分析和多重回归分析;按照自变量和因变量之间的关系类型,可分为线性回归分析和非线性回归分析。
如果在回归分析中,只包括一个自变量和一个因变量,且二者的关系可用一条直线近似表示,这种回归分析称为一元线性回归分析。
如果回归分析中包括两个或两个以上的自变量,且自变量之间存在线性相关,则称为多元线性回归分析。
相关分析,相关分析是研究现象之间是否存在某种依存关系,并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向以及相关程度,是研究随机变量之间的相关关系的一种统计方法。
相关分析和回归分析是研究客观现象之间数量联系的重要统计方法。
既可以从描述统计的角度,也可以从推断统计的角度来说明。
所谓相关分析,就是用一个指标来表明现象间相互依存关系的密切程度。
所谓回归分析,就是根据相关关系的具体形态,选择一个合适的数学模型,来近似地表达变量间的平均变化关系。
它们具有共同的研究对象,在具体应用时,相关分析需要依靠回归分析来表明现象数量相关的具体形式,而回归分析则需要依靠相关分析来表明现象数量变化的相关程度。
只有当变量之间存在着高度相关时,进行回归分析寻求其相关的具体形式才有意义。
由于相关分析不能指出变量间相互关系的具体形式,所以回归分析要对具有相关关系的变量之间的数量联系进行测定,从而为估算和预测提供了一个重要的方法。
在有关管理问题的定量分析中,推断统计加具有更加广泛的应用价值。
需要指出的是,相关分析和回归分析只是定量分析的手段。
通过相关与回归分析,虽然可以从数量上反映现象之间的联系形式及其密切程度,但是现象内在联系的判断和因果关系的确定,必须以有关学科的理论为指导,结合专业知识和实际经验进行分析研究,才能正确解决。
因此,在应用时要把定性分析和定量分析结合起来,在定性分析的基础上开展定量分析。
第十一章 多元线性回归与logistic 回归一、教学大纲要求(一)掌握内容1.多元线性回归分析的概念:多元线性回归、偏回归系数、残差。
2.多元线性回归的分析步骤:多元线性回归中偏回归系数及常数项的求法、多元线性回归的应用。
3.多元线性回归分析中的假设检验:建立假设、计算检验统计量、确定P 值下结论。
4.logistic 回归模型结构:模型结构、发病概率比数、比数比。
5.logistic 回归参数估计方法。
6.logistic 回归筛选自变量:似然比检验统计量的计算公式;筛选自变量的方法。
(二)熟悉内容 常用统计软件(SPSS 及SAS )多元线性回归分析方法:数据准备、操作步骤与结果输出。
(三)了解内容 标准化偏回归系数的解释意义。
二、教学内容精要(一) 多元线性回归分析的概念将直线回归分析方法加以推广,用回归方程定量地刻画一个应变量Y 与多个自变量X 间的线形依存关系,称为多元线形回归(multiple linear regression ),简称多元回归(multiple regression )基本形式:01122ˆk kY b b X b X b X =+++⋅⋅⋅+ 式中Y ˆ为各自变量取某定值条件下应变量均数的估计值,1X ,2X ,…,k X 为自变量,k 为自变量个数,0b 为回归方程常数项,也称为截距,其意义同直线回归,1b ,2b ,…, k b 称为偏回归系数(partial regression coefficient ),j b 表示在除j X 以外的自变量固定条件下,j X 每改变一个单位后Y 的平均改变量。
(二) 多元线性回归的分析步骤Y ˆ是与一组自变量1X ,2X ,…,kX 相对应的变量Y 的平均估计值。
多元回归方程中的回归系数1b ,2b ,…, k b 可用最小二乘法求得,也就是求出能使估计值Yˆ和实际观察值Y 的残差平方和22)ˆ(∑∑-=Y Y e i 为最小值的一组回归系数1b ,2b ,…, k b 值。
第十一章一元线性回归练习题答案二.填空题 1. 不能;因为该相关系数为样本计算出的相关系数,它的大小受样本数据波动的影响,它是否显著尚需检验;t 检验;2.图1;不能;因为图1反映的是线性相关关系,图2反映的是非线性性相关关系,相关系数只能反映线性相关变量间的相关性的强弱,不能反映非线性相关性的强弱。
三.计算题1.(1) SSR 的自由度是1,SSE 的自由度是18。
(2)2418/6080220/1/==-=SSE SSR F(3)判定系数%14.57140802===SST SSR R 在y 的总变差中,由57.14%的变差是由于x 的变动说引起的。
(4)7559.05714.02-=-=-=R r相关系数为-0.7559。
(5)线性关系显著和:线性关系不显著和y x y x H 10H :因为414.424=>=αF F,所以拒绝原假设,x 与y 之间的线性关系显著。
2.(1)方差分析表df SS MS F Significance F回归分析 1 425 425 85 0.017 残差 15 75 5 - - 总计16500---(2)判定系数%8585.05004252====SST SSR R表明在维护费用的变差中,有85%的变差可由使用年限来解释。
(3)9220.085.02===R r二者相关系数为0.9220,属于高度相关(4)x y248.1388.6ˆ+= 分布;显著。
的自由度为t n r n r t 2);12||2---=回归系数为1.248,表示每增加一个单位的产量,该行业的生产费用将平均增长1.248个单位。
(5)线性关系显著性检验:线性关系显著:生产费用和产量之间性关系不显著生产费用和产量之间线10:H H因为Significance F=0.017<05.0=α,所以线性关系显著。
(6)348.3120248.1388.6248.1388.6ˆ==⨯++=x y当产量为10时,生产费用为31.348万元。
第11章多重线性回归分析思考与练习参考答案一、最佳选择题1.逐步回归分析中,若增加自变量的个数,则(D)。
A.回归平方和与残差平方和均增大B.回归平方和与残差平方和均减小C.总平方和与回归平方和均增大D.回归平方和增大,残差平方和减小E.总平方和与回归平方和均减小2.下面关于自变量筛选的统计学标准中错误的是(E)。
A.残差平方和(SS残差)缩小B.确定系数(R)增大2C.残差的均方(MS残差)缩小D.调整确定系数(Rad)增大2E.Cp统计量增大3.多重线性回归分析中,能直接反映自变量解释因变量变异百分比的指标为(C)。
A.复相关系数B.简单相关系数C.确定系数D.偏回归系数E.偏相关系数4.多重线性回归分析中的共线性是指(E)。
A.Y关于各个自变量的回归系数相同B.Y关于各个自变量的回归系数与截距都相同C.Y变量与各个自变量的相关系数相同D.Y与自变量间有较高的复相关E.自变量间有较高的相关性5.多重线性回归分析中,若对某一自变量的值加上一个不为零的常数K,则有(D)。
A.截距和该偏回归系数值均不变B.该偏回归系数值为原有偏回归系数值的K 倍C.该偏回归系数值会改变,但无规律D.截距改变,但所有偏回归系数值均不改变E.所有偏回归系数值均不会改变二、思考题1.多重线性回归分析的用途有哪些?答:多重线性回归在生物医学研究中有广泛的应用,归纳起来,可以包括以下几个方面:定量地建立一个反应变量与多个解释变量之间的线性关系,筛选危险因素,通过较易测量的变量估计不易测量的变量,通过解释变量预测反应变量,通过反应变量控制解释变量。
2.多重线性回归模型中偏回归系数的含义是什么?答:偏回归系数的含义是:在控制其他自变量的水平不变的情况下,该自变量每改变一个单位,反应变量平均改变的单位数。
3.请解释用于多重线性回归参数估计的最小二乘法的含义。
答:最小二乘法的含义是:残差的平方和达到最小。
4.如何判断和处理多重共线性?答:如果自变量之间存在较强的相关,则存在多重共线性。