《数理统计》(浙大四版)-第9章---方差分析及回归分析..ppt
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1、11.1 单因素方差分析单因素方差分析11.2 双因素方差分析双因素方差分析11.3 一元线性回归分析一元线性回归分析l 工业生产中产品质量的影响因素:原材料、设备、技术及员工业生产中产品质量的影响因素:原材料、设备、技术及员工素质等;工素质等;l 工作中影响个人收入的影响因素:除学历、专业、工作时间、工作中影响个人收入的影响因素:除学历、专业、工作时间、性别等方面外,还有个人能力、经历及机遇等偶然因素性别等方面外,还有个人能力、经历及机遇等偶然因素. . 在这众多因素中,每一个因素的改变都可能影响最终的结在这众多因素中,每一个因素的改变都可能影响最终的结果,各因素的影响有大有小。故在实际问题
2、中,就有必要找出果,各因素的影响有大有小。故在实际问题中,就有必要找出对事件最终结果有显著影响的那些因素对事件最终结果有显著影响的那些因素. .如何分析这些诸多因素中哪些因素对结果会产生显著影响?如何分析这些诸多因素中哪些因素对结果会产生显著影响?这是方差分析的主要任务!这是方差分析的主要任务!9.1 单因素方差分析单因素方差分析n 基本概念:基本概念: 试验指标:试验指标:在试验中要考察的指标,如产品的质量等。在试验中要考察的指标,如产品的质量等。 因素:因素:影响试验指标的条件。包括可控因素和不可控因素。影响试验指标的条件。包括可控因素和不可控因素。 单因素试验:单因素试验:在一项试验中只
3、有一个因素在改变的试验。在一项试验中只有一个因素在改变的试验。 多因素试验:多因素试验:在一项试验中多于一个因素在改变的试验。在一项试验中多于一个因素在改变的试验。 水平:水平:因素所处的状态。因素所处的状态。 随机误差:随机误差:同一水平下,样本各观察值之间的差异,称为随同一水平下,样本各观察值之间的差异,称为随机误差。这种差异可以看成是随机因素的影响。机误差。这种差异可以看成是随机因素的影响。 系统误差:系统误差:不同水平下,各观察值之间的差异。这种差异可不同水平下,各观察值之间的差异。这种差异可能是由于行业本身所造成的,称为系统误差。能是由于行业本身所造成的,称为系统误差。9.1 单因素
4、方差分析单因素方差分析一、单因素方差分析问题的提法一、单因素方差分析问题的提法9.1 单因素方差分析单因素方差分析试验指标:试验指标:薄板的厚度薄板的厚度因素:因素:机器机器水平:水平:三台不同的机器即为三个不同的水平三台不同的机器即为三个不同的水平单因素试验单因素试验试验目的:试验目的:考察机器这一因素对薄板的厚度有无显著的差异考察机器这一因素对薄板的厚度有无显著的差异9.1 单因素方差分析单因素方差分析试验指标:试验指标:电路响应时间电路响应时间因素:因素:电路类型电路类型水平:水平:四种不同的电路即为四个不同的水平四种不同的电路即为四个不同的水平单因素试验单因素试验试验目的:试验目的:考
5、察电路类型这一因素对响应时间有无显著影响考察电路类型这一因素对响应时间有无显著影响9.1 单因素方差分析单因素方差分析试验指标:试验指标:射程射程因素:因素:燃料(燃料(A) )、推进器(、推进器(B)水平:水平:因素因素A有有4 4个水平,因素个水平,因素B有有3 3个水平个水平双因素试验双因素试验试验目的:试验目的:考察推进器和燃料这两个因素对射程是否有显著影响考察推进器和燃料这两个因素对射程是否有显著影响9.1 单因素方差分析单因素方差分析以例以例1 1讨论单因素方差分析的方法:讨论单因素方差分析的方法:在因素的每个水平下进行独立试验,其结果就是一个样本在因素的每个水平下进行独立试验,其
6、结果就是一个样本, ,31X21X11X51X41X32X22X12X52X42X33X23X13X53X43X表中数据可看成来自三个不同总体的样本值,表中数据可看成来自三个不同总体的样本值,1均值3均值2均值本题需要检验假设:本题需要检验假设:0123:,H1123:,.H 不全相等9.1 单因素方差分析单因素方差分析9.1 单因素方差分析单因素方差分析假设:假设:2(,)ijjXN ,2,j 未知,未知, 不同水平不同水平 下的样本之间相互独立下的样本之间相互独立. .jA由假设,有由假设,有2(0,),ijjXN随机误差随机误差记记,ijijjX则有则有单因素试验方差单因素试验方差分析的
7、数学模型分析的数学模型9.1 单因素方差分析单因素方差分析方差分析的任务:方差分析的任务:为便于讨论,记为便于讨论,记( )引入记号引入记号( ) 的效应的效应jA总平均总平均(1.1)因为因为11111,ssjjjjjjjjnnnnnn记记11jnjijijXXn水平水平Ai下的样本均值;下的样本均值;总偏差平方和:总偏差平方和:AeTSSS111insijijXXn总的样本均值总的样本均值.211()jnsTijjiSXX211()jnsjeijjiSXX21()sAjjjSnXX组内偏差平方和:组内偏差平方和:组间偏差平方和:组间偏差平方和:(误差平方和)(误差平方和)反映了全部试验反映
8、了全部试验数据之间的差异数据之间的差异反映了水平反映了水平Aj 内由随内由随机误差而引起的波动机误差而引起的波动由水平由水平Aj的效应的差的效应的差异以及随机误差引起异以及随机误差引起总离差平方和分解式:总离差平方和分解式:(1.5)9.1 单因素方差分析单因素方差分析二、平方和的分解二、平方和的分解(总变差)(总变差)(效应平方和)(效应平方和)9.1 单因素方差分析单因素方差分析三、三、SE, SA的统计特性的统计特性各项间相互独立各项间相互独立1、SE的统计特性的统计特性211()jnsjEijjiSXX9.1 单因素方差分析单因素方差分析四、假设检验问题的拒绝域四、假设检验问题的拒绝域
9、2、SA的统计特性的统计特性9.1 单因素方差分析单因素方差分析9.1 单因素方差分析单因素方差分析9.1 单因素方差分析单因素方差分析9.1 单因素方差分析单因素方差分析9.1 单因素方差分析单因素方差分析【】工程师测量了四种不同类型外壳的彩色显像管的传导工程师测量了四种不同类型外壳的彩色显像管的传导 率,得传导率的观察值如下表:率,得传导率的观察值如下表:显像管型号显像管型号传导率值传导率值A A1 1(类型(类型1 1)143143141141 150 150 146 146A A2 2(类型(类型2 2)152152144144 137 137 143 143A A3 3(类型(类型3
10、 3)134134136136 133 133 129 129A A4 4(类型(类型4 4)129129128128 134 134 129 129问:外壳类型对传导率是否有显著影响?问:外壳类型对传导率是否有显著影响?)05. 0(9.1 单因素方差分析单因素方差分析,1454/ )14650141143(1x解:设水平解:设水平Ai下的总体为下的总体为),(2iiaNX,30560812914114322241412irijx43210:aaaaH43211,:aaaaH 检验假设检验假设: VS不全相等不全相等;16, 4),4 , 3 , 2 , 1( , 4nrini已知:已知:;
11、138161;130,133,1444141432ijijxxxxx,90413816305608162241412xxSirijT,6961642412xxSriA,208694904ATeSSS3846.13)/() 1/(rnSrSFeA9.1 单因素方差分析单因素方差分析方差来源方差来源平方和平方和自由度自由度F值值临界值临界值因素因素A总和总和试验误差试验误差)/() 1/(rnSrSFeA208)12, 3(05. 0FF 696904123153846.1349. 33846.13F因为因为故拒绝原假设故拒绝原假设H0,即认为因子是显著的。即认为因子是显著的。498. 39.1
12、单因素方差分析单因素方差分析11.1 单因素方差分析单因素方差分析11.2 双因素方差分析双因素方差分析11.3 一元线性回归分析一元线性回归分析一、问题的提出一、问题的提出实际应用中,影响试验结果的因素往往不止一个,为此需要讨实际应用中,影响试验结果的因素往往不止一个,为此需要讨论多因素方差分析问题。(论多因素方差分析问题。(在此只讨论双因素方差分析在此只讨论双因素方差分析):):因素因素A A因素因素B BB1 B2A1A220 6050 90因素因素A A因素因素B BB1 B2A1A220 10050 80表表1 1表表2 2 从表从表1 1看出看出: :因素因素A A与因素与因素B
13、B各自单独地对试验结果产生影响,各自单独地对试验结果产生影响,相互之间无影响;相互之间无影响; 从表从表2 2看出看出: :因素因素A A与因素与因素B B之间的搭配对试验结果产生影响之间的搭配对试验结果产生影响(称为(称为交互作用交互作用)。)。为简单起见,只讨论为简单起见,只讨论A A、B B无交互作用下的双因素方无交互作用下的双因素方差分析问题,此时对差分析问题,此时对A A、B B的每一种搭配只进行一次的每一种搭配只进行一次试验。试验。9.2 双因素方差分析双因素方差分析假定要考察两个因素假定要考察两个因素A、B对某项指标值的影响,对某项指标值的影响,因素因素A取取s个水平个水平A1
14、1, ,A2 2,As,因素因素B取取r个水平个水平B1 1, ,B2 2,Br ,在在A、B的每对组合水平(的每对组合水平(Ai, Bj)上作一次试验,)上作一次试验,试验结果为试验结果为Xij, ,i=1,1,s;j j=1,1,r。所有所有Xij独立,数据列于下表:独立,数据列于下表:要考察因素要考察因素A A、B B是否指标值产生显著性影响?是否指标值产生显著性影响?9.2 双因素方差分析双因素方差分析设搭配(设搭配(Ai, Bj) )下的试验结果为下的试验结果为Xij,假定,假定;, 2 , 1,:210sjaaaHrjjjA;, 2 , 1,:210riaaaHiriiB),(2i
15、jijaNX则问题归结为检验假设:则问题归结为检验假设:9.2 双因素方差分析双因素方差分析类似于单因素方差分析的方法,在检验之前,必须把因素类似于单因素方差分析的方法,在检验之前,必须把因素A A,因素因素B B及随机误差引起的数据波动从总波动中分离出来:及随机误差引起的数据波动从总波动中分离出来:记:记:riijjsjijiriijjsjijiXTXTXrXXsXrsn1111,1,1,risjijrisjijXTXrsXsjri1111,1., 2 , 1;, 2 , 1于是于是,2112rsTXSrisjijT,1212rsTTsSriiA,1212rsTTrSsjjB.BATeSSS
16、S9.2 双因素方差分析双因素方差分析SA是由因素是由因素A A的不同效应和随机误差引起的偏差的不同效应和随机误差引起的偏差; ;SB是由因素是由因素B B的不同效应和随机误差引起的偏差的不同效应和随机误差引起的偏差; ;S e表示由随机误差引起的偏差表示由随机误差引起的偏差. .);1)(1(122rsSe 定理定理: :(1 1)ST, SA, SB相互独立,且相互独立,且),1(122rSA(2 2)当)当H0A成立时,成立时,).1(122sSB当当H0B成立时,成立时,因此,可用比较因此,可用比较SA与与SE的值来检验假设的值来检验假设H0A,用比较用比较SB与与SE的值来检验假设的
17、值来检验假设H0B.9.2 双因素方差分析双因素方差分析);1)(1(122rsSe可以证明:可以证明:(1 1)ST, SA, SB相互独立,且相互独立,且);1(122rSA(2 2)当)当H0A成立时,成立时,).1(122sSB当当H0B成立时,成立时,);1)(1( , 1(srrFeAeAASSssrSrSF) 1() 1)(1(/1/22当当H0A成立时,有成立时,有eAeBBSSrsrSsSF) 1() 1)(1(/1/22).1)(1( , 1(srsF当当H0B成立时,有成立时,有),1)(1( , 1(rssFFAH0A的拒绝域为的拒绝域为).1)(1( , 1(rsrF
18、FBH0B的拒绝域为的拒绝域为给定显著性水平给定显著性水平 ,则有,则有9.2 双因素方差分析双因素方差分析B1B2BSA1x11x12x1sA2x21x22x2sArxr1xr2xrs因素因素A A因素因素B BT2222 iT iT iT iTrisjijx1122 iT2 iT2 iT2 iTriiT12jT1 T2 TsT2jT21 T22 T2sTsjjT12,2112rsTXSrisjijT,1212rsTTsSriiA,1212rsTTrSsjjB.BATeSSSSrsn1r1s) 1)(1(srriiTs121rsT2sjjTr121数据计算表数据计算表9.2 双因素方差分析双
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