利用SPSS拟合非线性回归模型

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《计量地理学》(徐建华,高等教育出版社,2005)配套实习指导

16 利用SPSS拟合非线性回归模型

——以S型曲线为例

1.原始数据

下表给出了某地区1971—2000年的人口数据(表1)。试用SPSS软件对该地区的人口变化进行曲线拟合,并对今后10年的人口发展情况进行预测。

表1 某地区人口变化数据

年份 时间变量t=年份-1970 人口y/人

1971 1 33 815

1972 2 33 981

1973 3 34 004

1974 4 34 165

1975 5 34 212

1976 6 34 327

1977 7 34 344

1978 8 34 458

1979 9 34 498

1980 10 34 476

1981 11 34 483

1982 12 34 488

1983 13 34 513

1984 14 34 497

1985 15 34 511

1986 16 34 520

1987 17 34 507

1988 18 34 509

1989 19 34 521

1990 20 34 513

1991 21 34 515

1992 22 34 517

1993 23 34 519

1994 24 34 519

1995 25 34 521

1996 26 34 521 《计量地理学》(徐建华,高等教育出版社,2005)配套实习指导

17 1997 27 34 523

1998 28 34 525

1999 29 34 525

2000 30 34 527

根据上表中的数据,做出散点图,见图1。,

337003380033900340003410034200343003440034500346001970197219741976197819801982198419861988199019921994199619982000年份人口图1 某地区人口随时间变化的散点图

从图1可以看出,人口随时间的变化呈非线性过程,而且存在一个与横坐标轴平行的渐近线,近似S曲线。

下面,我们用SPSS软件进行非线性回归分析拟合计算。

2.用SPSS进行回归分析拟合计算

在SPSS中可以直接进行非线性拟合,步骤如下(假定已经进行了数据输入,关于数据输入方法见SPSS相关基础 教程):

Analysis->Regression->Cubic,在弹出的对话框(见图一)中选择拟合的变量和自变量,本例分别选择y(人口),t(时间变量)为变量(Dependent)和自变《计量地理学》(徐建华,高等教育出版社,2005)配套实习指导

18 量(Independent)。

(1) 在Models中选择拟合模型:本例选择S模型。

各种拟合模型的拟合公式如下:

Linear:Y=b0+b1*t

Quadratic: Y=b0+b1*t+b2*t^2

Compound: Y=b0*b1^t

Growth: Y=e^(b0+b1*t)

Logarithmic: Y=b0+b1*ln(t)

Cubic: Y=b0+b1*t+b2*t^2+b3*t^3

S: Y=e^(b0+b1/t)

Exponential: Y=b0*e^(b1*t) 《计量地理学》(徐建华,高等教育出版社,2005)配套实习指导

19 Inverse: Y=b0+b1/t

Power: Y=b0*t^b1

Logistic: Y=1/((1/u)+b0*(b1^t)) (其中u为函数的上限)

(2) 选中Display ANOVA Table. ANOVA为Analysis-Of-Variance的缩写,选择此选项会在最终结果中显示回归平方和、剩余平方和、自由度、拟合方程的常数和系数等。

(3) 可以单击Save按钮,在弹出的对话框中选中Predicted Values和Residuals,得出利用各种方法拟合的结果和残差,并将它们作为列插入到原始数据表中,方便进行对比。

(4) 确认后运行得到了各个模型拟合的拟合效果。包括F检验、R2检验等检验效果,各个方程的常数项、变量系数、原始数据曲线和拟合曲线。拟合曲线如下: 《计量地理学》(徐建华,高等教育出版社,2005)配套实习指导

20 y (人口)t(时间)403020100346003440034200340003380033600ObservedS

从拟合曲线可以看出,S模型对表1的人口数据具有较好的拟合效果,同时R2为0.841 99,F检验为149.202 01,确定具有非常高的拟合度。得出的拟合方程为:

Y=e^( 10.449 842 - 0.026 344/t)

利用此拟合方程就可以对未来的人口数量进行预测。

(5) 可以将上面的拟合方程输入到Excel中进行计算,可以得出未来10年的人口,见表2。

表2 某地区2001年-2010年人口预测数据

年份 t(时间变量)=年份-1970 y (人口,单位:人)

2001 31 34 510

2002 32 34 510

2003 33 34 511 《计量地理学》(徐建华,高等教育出版社,2005)配套实习指导

21 2004 34 34 512

2005 35 34 513

2006 36 34 514

2007 37 34 514

2008 38 34 515

2009 39 34 516

2010 40 34 516