第八章 回归方程的函数形式
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高考回归方程的知识点高考是每个学生都经历的重要考试,它对于一个学生的未来起着决定性的作用。
而高考数学中的回归方程是一个比较重要的知识点,它不仅在数学中有着广泛的应用,而且在实际生活中也有着很多的应用价值。
下面我们就来详细了解一下高考回归方程的知识点。
1. 回归方程的概念回归方程是一种用于揭示自变量与因变量之间关系的数学模型。
在数学中,通常用直线或曲线来表示回归方程。
回归分析主要用于统计数据的分析和预测。
通过回归方程,我们可以根据已有的数据来预测未知的数据。
2. 简单线性回归方程简单线性回归方程是回归方程中最简单的一种形式。
它表示两个变量之间的线性关系。
简单线性回归方程的一般形式为:y = ax + b,其中y是因变量,x是自变量,a和b是常数。
a代表的是变量y随着变量x的变化而变化的速率,b代表的是y在x=0时的值。
3. 多元线性回归方程多元线性回归方程是回归方程中常用的一种形式。
它表示多个自变量与因变量之间的线性关系。
多元线性回归方程的一般形式为:y =a₁x₁ + a₂x₂ + ... + anxn + b,其中y是因变量,x₁、x₂、...、xn是自变量,a₁、a₂、...、an和b是常数。
多元线性回归方程可以用来分析多个自变量对于因变量的影响程度。
4. 回归方程的确定系数确定系数是用来衡量回归方程对于实际数据拟合程度的指标。
它的取值范围在0到1之间,越接近1表示回归方程对数据的拟合程度越好。
确定系数的计算公式为:R² = 1 - (SSE/SST),其中SSE表示残差平方和,SST表示总平方和。
通过计算确定系数,我们可以评估回归方程的质量,并对预测结果进行准确性评估。
5. 回归方程在实际生活中的应用回归方程在实际生活中有着广泛的应用。
例如,在经济学中,可以使用回归方程来分析商品价格与供需关系,从而预测价格变动趋势;在医学研究中,可以使用回归方程分析药物剂量与疗效之间的关系,从而确定最佳剂量;在市场营销中,可以使用回归方程来分析消费者行为与销售量之间的关系,从而制定合理的市场营销策略。
回归函数的定义回归函数是统计学中的一个基础概念,广泛应用于各个领域,如经济学、工程学、医学等等。
本文将详细阐述回归函数的定义,特点及其应用。
回归函数是一种通过观测数据找出变量之间关系的统计工具。
在统计学中,回归分析的目标是确定一个因变量和一个或多个自变量之间的关系。
在一次典型的回归分析中,研究人员收集数据,然后用回归函数分析这些数据,以确定因变量和自变量之间的关系。
该关系可用一条线或平面等函数形式表示,使得我们可以利用该函数对未知自变量的取值进行预测和估计。
回归函数的一般形式为:y=f(x)+εy为因变量,x为自变量,f(x)为函数,ε为误差项,表示因变量与自变量之间的差异。
回归函数可以使用不同的方法来估计,例如最小二乘法等。
通常,回归函数的目标是最小化误差项ε。
1. 易于理解和应用。
回归函数是一种比较简单的统计工具,易于掌握和应用。
它可以帮助人们理解因变量和自变量之间的关系,以及预测未来的结果。
2. 适用范围广。
回归函数可以适用于许多不同的学科和领域,如经济学、医学、心理学等等。
3. 有效性高。
回归函数可以提供比其他统计方法更准确的预测结果。
4. 可解释性强。
回归函数可以帮助人们了解因变量和自变量之间的关系,以及各个变量的影响因素。
5. 假设条件要求较高。
回归函数的应用需要满足一定假设条件,如线性关系、常数方差和无自相关等要求。
因此在应用时需要谨慎选择变量和检验假设条件。
1. 预测和估计。
回归函数可以通过已知的自变量来预测因变量的值。
我们可以用回归函数来预测一个人的收入、体重、房价或者销售额等。
2. 相关性分析。
回归函数可以用来确定自变量和因变量之间的关系及其程度。
经济学家可以使用回归函数来确定利率、通货膨胀率和失业率之间的关系。
3. 研究影响因素。
回归函数可以用来分析自变量对因变量的影响因素。
医生可以使用回归函数来分析患者的健康状况,找到影响健康的因素。
4. 数据挖掘。
回归函数可以用来挖掘数据中的潜在关系,了解数据背后的含义。
二次函数回归方程公式二次函数回归方程公式,是数学中一种重要的函数形式,它可以用来描述许多现实生活中的问题。
下面将从不同角度探讨二次函数回归方程公式的应用和意义。
一、二次函数回归方程公式的定义和形式二次函数回归方程公式是指由两个变量构成的函数表达式,其中一项是二次项,另一项是一次项,还有一个常数项。
一般形式如下:y = ax^2 + bx + c其中,a、b、c分别代表二次项、一次项和常数项的系数,x代表自变量,y代表因变量。
1. 物理学中的运动问题在物理学中,二次函数回归方程公式常用于描述运动物体的轨迹。
例如,抛体运动中的自由落体运动和抛体运动,都可以用二次函数回归方程公式来描述。
2. 经济学中的消费问题在经济学中,二次函数回归方程公式可以用来描述消费与收入之间的关系。
例如,一个人的消费水平随着收入的增加而增加,但增长速度逐渐减缓,可以用二次函数回归方程公式来描述这种关系。
3. 生态学中的种群问题在生态学中,二次函数回归方程公式常用于描述种群数量随时间变化的规律。
例如,一个种群的数量随时间的增加而增加,但随着种群数量的增多,资源的竞争也会增加,使得种群增长速度逐渐减缓,可以用二次函数回归方程公式来描述这种关系。
4. 地理学中的地形问题在地理学中,二次函数回归方程公式可以用来描述地形的曲率和坡度。
例如,山脉的地形呈现出凹凸不平的特点,可以用二次函数回归方程公式来描述山脉的曲率和坡度。
5. 工程学中的曲线问题在工程学中,二次函数回归方程公式可以用来描述曲线的形状。
例如,建筑物的拱形结构、道路的弯曲程度等都可以用二次函数回归方程公式来描述。
三、二次函数回归方程公式的意义1. 揭示数学规律二次函数回归方程公式通过对实际问题的建模,可以揭示其中的数学规律,帮助人们更好地理解和解决问题。
2. 预测和预测通过二次函数回归方程公式,可以对未来的情况进行预测和预测。
例如,通过对历史数据的回归分析,可以得到一个二次函数回归方程,然后可以使用该方程来预测未来的发展趋势。
回归方程解读回归方程是统计学中常用的工具,用于描述两个或多个变量之间的关系。
它的一般形式可以表示为:Y = β0 + β1X1 + β2X2 + ... + βnXn + ε其中,Y是被解释变量,也被称为因变量;X1, X2, ..., Xn是解释变量,也被称为自变量;β0, β1, β2, ..., βn是回归系数,表示自变量对因变量的影响程度;ε是误差项,表示模型无法完全解释的随机因素。
回归方程的解读有助于我们理解自变量对因变量的影响,并且可以用于预测因变量的值。
下面我们将对回归方程的各个部分进行详细解读:1.截距项(β0):该项表示当所有解释变量的取值都为0时,因变量的预测值。
在解释方程时,我们需要注意截距项是否有实际意义,可以根据具体情况来判断。
2.自变量(X):回归方程中的自变量表示我们想要研究的解释变量。
它们的系数(β)表示解释变量对因变量的影响程度。
系数的正负符号表明了自变量与因变量的方向关系,正符号表示正相关,负符号表示负相关。
3.回归系数(β):回归系数代表了自变量对因变量的影响程度。
具体地说,它们表示当自变量的取值增加1个单位时,因变量的平均变化量。
例如,如果β1为2,表示当X1增加1个单位时,Y的平均变化量为2。
4.误差项(ε):回归方程中的误差项表示模型无法完全解释的随机因素。
它代表了由于未知或未观察到的变化引起的因变量的波动。
在回归分析中,我们通常假设误差项是独立同分布的,并且是服从正态分布的。
在解读回归方程时,我们可以通过检验假设来确定自变量对因变量的显著影响。
常见的方法是通过计算回归系数的置信区间或进行假设检验,例如t检验或F检验。
如果回归系数的p值小于设定的显著性水平(通常是0.05),则我们可以拒绝零假设,即自变量对因变量有显著影响。
此外,回归方程还可以用来进行预测。
根据给定的自变量的取值,我们可以利用回归方程来估计因变量的值。
然而,需要注意的是,预测的准确性受到回归方程的稳定性,样本数据的外推性等因素的影响。
第八章回归方程的函数形式回忆参数线性模型和变量线性模型(见5.4)。
我们所关注的是参数线性模型,而并不要求变量Y与X一定是线性的。
在参数线性回归模型的限制下,回归模型的形式也有多种。
我们将特别讨论下面几种形式的回归模型:(1) 对数线性模型(不变弹性模型)(2) 半对数模型。
(3) 双曲函数模型。
(4) 多项式回归模型。
上述模型的都是参数线性模型,但变量却不一定是线性的。
8.1 三变量线性回归模型以糖炒栗子需求为例,现在考虑如下需求函数:Y =2BiAX( 8 - 1 )此处变量Xi是非线性的。
但可将式( 8 - 1 )做恒等变换表示成另一种形式:lnYi= lnA+B2lnXi ( 8 - 2 )其中,ln表示自然对数,即以e为底的对数;令B1= lnA ( 8 - 3 )可以将式( 8 - 2 )写为:lnYi = B1 + B2lnXi ( 8 - 4 )加入随机误差项,可将模型( 8 - 4 )写为:lnYi = B1+B2lnXi+ui ( 8 - 5 )( 8 - 5 )是一个线性模型,因为参数B1和B2是以线性形式进入模型的;形如式( 8 - 5 )的模型称为双对数模型或对数-线性( log-linear )模型。
一个非线性模型可以通过适当的变换转变为线性(参数之间)模型的:令Yi* = lnYi ,Xi* = lnXi则( 8 - 5 )可写为:Yi* = B1 + B2 Xi* + ui ( 8 - 6 )这与前面讨论的模型相似:它不仅是参数线性的,而且变形后的变量Y*与X*之间也是线性的。
如果模型( 8 - 6 )满足古典线性回归模型的基本假定,则很容易用普通最小二乘法来估计它,得到的估计量是最优线性无偏估计量。
双对数模型(对数线性模型)的应用非常广泛,原因在于它有一个特性:斜率B2度量了Y对X的弹性。
如果Y代表了商品的需求量,X代表了单位价格, Y代表Y 的一个小的变动,∆X 代表X 的一个小的变动(∆Y /∆X 是dY/dX 的近似),E 是需求的价格弹性,定义弹性E 为: E= Y100/Y X100 / X= Y X YX=斜率×Y X ( 8 - 7 )对于变形的模型(8 - 6) B2= Y ln Y X ln X*=*Y/Y Y X/ X YX X == 可得B2是Y 对X 的弹性。
因为ln Y ln Y 1ln Y d Y dY Y Y Y≈=≈所以对数形式的改变量就是相对改变量:图8 - 1 a 描绘了函数式( 8 - 1 ),图8 - 2 b 是对式( 8 - 1 )做对数变形后的图形。
图8 - 1 b 中的直线的斜率就是价格弹性的估计值(-B2)。
由于回归线是一条直线(Y和X都采取对数形式),所以它的斜率(-B2)为一常数;又由于斜率等于其弹性:所以弹性为一常数—它与X的取值无关。
由于这个特殊的性质,双对数模型(对数线性模型)又称为不变弹性模型。
例8.1 对炒栗子的需求回顾炒栗子一例的散点图,不难发现需求量和价格之间是近似线性关系的,因为并非所有的样本点都恰好落在直线上。
如果用对数线性模型拟合表8-1给出的数据,情况又会怎样?OLS回归结果如下:ln Yi = 3.9617 - 0.2272lnXise = (0.0416) (0.0250) ( 8 - 8 )t = (95.233) -(9.0880)r 2 = 0.9116可知价格弹性约为-0.23,表明价格提高1个百分点,平均而言需求量将下降0.23个百分点。
截距值3.96表示了lnX为零时,lnY的平均值,没有什么具体的经济含义。
r2=0.9166,表示logX解释了变量logY91%的变动。
对数线性模型的假设检验线性模型与对数线性模型的假设检验并没有什么不同。
在随机误差项服从正态分布(均值为0,方差为2δ)的假定下,每一个估计的回归系数均服从正态分布。
如果用2δ的无偏估计量2S代替,则每一个估计的回归系数服从自由度为(n-k)的t分布,其中k为包括截距在内的参数的个数。
在双变量模型中,k为2,在三变量模型中,k 为3,等等。
根据式( 8 - 8 )的回归结果,很容易检验每一个估计的参数在5%的显著水平下,都显著不为零,t值分别为9.08(b2),95.26(b1),均超过了t临界值2.306 (自由度为8,双边检验)。
8.3 多元对数线性回归模型双变量对数线性回归模型很容易推广到模型中解释变量不止一个的情形。
例如,可将三变量对数模型表示如下:lnYi= B1+ B2lnX2i+ B3lnX3i+ ui ( 8 - 9 )偏斜率系数B2、B3又称为偏弹性系数。
B2是Y对X2的弹性(X3保持不变),即在X3为常量时,X2每变动1%,Y变化的百分比。
由于此时X3为常量,所以称此弹性为偏弹性。
类似地,B3是Y对X3的(偏)弹性(X2保持不变)。
简而言之,在多元对数线性模型中,每一个偏斜率系数度量了在其他变量保持不变的条件下,应变量对某一解释变量的偏弹性。
例8.2 柯布-道格拉斯生产函数模型( 8 - 9)是著名的柯布-道格拉斯生产函数(Cobb-Douglas production function)(C-D函数, Y=B1X2B2X3B3)。
令Y表示产出,X2表示劳动投入,X3表示资本投入,式( 8 -9 )反映了产出与劳动力、资本投入之间的关系。
表8 - 2给出1955~1974年间墨西哥的产出Y,用国内生产总值GDP度量,劳动投入X2,以及资本投入X3的数据。
得到如下回归结果1:lnYt = -1.6524 + 0.3397 lnX2t + 0.8640 lnX3tse= (0.6062) (0.1857) (0.09343) (8-10)t = (-2.73) (1.83) (9.06)p= (0.014) (0.085) ( 0.000 )R2 = 0.994偏斜率系数0.3397表示产出对劳动投入的弹性,即在资本投入保持不变的条件下,劳动投入每增加一个百分点,平均产出将增加3 4%。
类似地,在劳动投入保持不变的条件下,资本投入每增加一个百分点,产出将平均增加0.85个百分点。
将两个弹性系数相加,得到一个重要的经济参数—规模报酬参数(returns to scale parameter),它反映了产出对投入的比例变动。
如果两个弹性系数之和为1,则称规模报酬不变(例如,同时增加劳动和资本为原来的两倍,则产出也是原来的两倍);如果弹性系数之和大于1,则称规模报酬递增(increasing returns to scale)。
如果弹性系数之和小于1,则称规模报酬递减(decreasing returns to scale)。
本例中,两个弹性系数之和为1.185 7,表明当时墨西哥经济是规模报酬递增的。
R2值为0.995,表明(对数)劳动力和资本解释了大约99.5%的(对数)产出的变动,表明了模型很好地拟合了样本数据。
8.4 半对数模型:被解释变量是对数形式用来测量被解释变量的增长率(相对变动率)例8.4 美国消费信贷的增长率表8 - 3给出了美国1973~1987年间消费者信贷的数据。
现求此期间信贷的增长率(Y)。
复利计算公式:Yt= Y0 ( 1+ r) t( 8 - 11 )其中,Y0—Y的初始值Yt—第t期的Y值r—Y的增长率(复利率)将式( 8 - 11 )两边取对数,得:lnYt= lnY0 + tln(1+r)令B1= lnY0B2=ln(1+r)可得lnYt=B1+B2t引进随机误差项,得:lnYt=B1+B2t+ut ( 8 - 12 )用普通最小二乘法来估计模型,得到如下回归结果:lnYt = 12.007 + 0.094 6tse = (0.0319) (0.0035)t = (376.40) (26.03)R 2 = 0.9824形如式( 8 - 12 )的回归模型称为半对数模型,因为仅有一个变量以对数形式出现。
斜率0.0946表示Y 的年增长率为9.46%,因为,在诸如式(8-12)的半对数模型中,斜率度量了给定解释变量的绝对变化所引起的Y 的比例变动或相对变动。
将此相对改变量乘以100,就得到增长率。
利用微分,可以证明: B2 = ln 1dY d Y dY dt dt Y dt Y ==8.5 线性对数模型:解释变量是对数形式度量解释变量每变动1%所引起的被解释变量的绝对改变量。
例8.5 美国GNP 与货币供给假定联储很关注货币供给的变动对GNP 的影响。
表8 - 4给出了GNP 和货币供给(用M2度量)的数据。
考虑下面模型:Yt=B1+B2lnX2t+ut ( 8 - 13 )其中,Y=GNP ,X=货币供给。
用微分,可以证明:21dY B dX X= 2()dY dY B X dX dX X== ( 8 - 14 ) Y =X 的绝对变化量的相对变化量因此,模型( 8 - 13 )中的斜率系数度量了Y 的绝对变化量和X 的相对变化量的比值。
若乘以100,则式( 8 - 14 )给出了X 每变动一个百分点引起的Y 的绝对变动量。
回归结果:Yt = -16329.0 + 2584.8lnXtt = (-23.494) (27.549)R 2= 0.9832发现货币供给每增加一个百分点,平均而言,GNP 将增加25.84亿美元。
形如式( 8 - 13 )的线性对数模型常用于研究解释变量每变动1%,相应应变量的绝对变化量的情形。
当然,模型可以有不止一个的对数形式的解释变量。
每一个偏斜率系数度量了在其他变量保持不变的条件下,某一给定变量X每变动1%所引起的应变量的绝对改变量。
8.6 双曲函数模型形如下式的模型称为双曲函数模型:Yi = B1 + B2(1Xi)+ ui ( 8 - 15 )该模型变量之间是非线性,因为X以倒数形式进入模型的,但模型是参数线性模型。
模型的显著特征是,随着X的无限增大,(1/Xi)将接近于零,Y将逐渐接近B1渐进值或极值。
双曲函数模型的一些可能的形状:平均固定成本若Y表示生产的平均固定成本( A F C ),也即总固定成本除以产出,X代表产出,则随着产出的不断增加,AFC将逐渐降低,最终接近其渐进线(X=B1)。
菲利普斯曲线(Philips curve)工资的变化对失业水平的反映是不对称的:失业率每变化一个单位,则在失业率低于自然失业率UN水平时的工资上升的比在当失业率在自然失业率水平以上时快。
B1表明了渐进线的位置。
菲利普斯曲线这条特殊的性质可能是由于制度的因素,比如工会交易势力、最少工资、失业保险等等。
8.8 不同函数形式模型小结*表示弹性系数是一个变量,其值依赖于X或Y或X与Y。