第6章 相关与回归分析.ppt
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1、统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS不要过于教条地对待研究的结果,不要过于教条地对待研究的结果,尤其当数据的质量受到怀疑时。尤其当数据的质量受到怀疑时。Damodar N.Gujarati 统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS第第6章章 相关与回归分析相关与回归分析6.1 变量间相关关系及其度量变量间相关关系及其度量 6.2 一元线性回归一元线性回归6.3 利用回归方程进行估计和预测利用回归方程进行估计和预测统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS学习目标学习目标1.相关关系的分析方法相关关系的分析方法2.一元线性
2、回归的基本原理和参数的最一元线性回归的基本原理和参数的最小二乘估计小二乘估计3.回归直线的拟合优度回归直线的拟合优度4.利用回归方程进行估计和预测利用回归方程进行估计和预测5.用用 Excel 进行回归进行回归统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS6.1 变量间关系的度量6.1.1 变量间的关系变量间的关系6.1.2 相关关系的描述与测度相关关系的描述与测度统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS变量间的关系变量间的关系统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS函数关系函数关系1.是一一是一一对应的确定关系对应的确定关系2
3、.设设有有两两个个变变量量 x x 和和 y y,变变量量 y y 随随变变量量 x x 一一起起变变化化,并并完完全全依依赖赖于于 x x ,当当变变量量 x x 取取某某个个数数值值时时,y y 依依确确定定的的关关系系取取相相应应的的值值,则则称称 y y 是是 x x 的的函函数数,记记为为 y y =f f(x x),其其中中 x x 称称为为自自变变量量,y y 称称为为因因变变量量3.各各观测点落在一条线上观测点落在一条线上 x xy y统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS函数关系函数关系(几个例子几个例子)n n某种商品的销售额y与销售量x之间的关系
4、可表示为 y=px(p 为单价)n n圆的面积S与半径R之间的关系可表示为S=R2 n n企业的原材料消耗额y与产量x1、单位产量消耗x2、原材料价格x3之间的关系可表示为 y=x1 x2 x3 统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关关系相关关系(correlation)1.变量间关系不能用函数关系精确表达2.一个变量的取值不能由另一个变量唯一确定3.当变量 x 取某个值时,变量 y 的取值可能有几个4.各观测点分布在直线周围 x xy y统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关关系相关关系(几个例子几个例子)n n父亲身高y与子女身高
5、x之间的关系n n收入水平y与受教育程度x之间的关系n n粮食单位面积产量y与施肥量x1、降雨量x2、温度x3之间的关系n n商品的消费量y与居民收入x之间的关系n n商品销售额y与广告费支出x之间的关系统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关关系相关关系(类型类型)统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关关系的描述与测度相关关系的描述与测度(散点图散点图)统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关分析及其假定相关分析及其假定1.相关分析要解决的问题相关分析要解决的问题n n变量之间是否存在关系?变量之间是否存在
6、关系?n n如果存在关系,它们之间是什么样的关系?如果存在关系,它们之间是什么样的关系?n n变量之间的关系强度如何?变量之间的关系强度如何?n n样样本本所所反反映映的的变变量量之之间间的的关关系系能能否否代代表表总总体体变变量量之之间的关系?间的关系?2.为为解解决决这这些些问问题题,在在进进行行相相关关分分析析时时,对对总总体体有有以下两个主要假定以下两个主要假定n n两个变量之间是线性关系两个变量之间是线性关系n n两个变量都是随机变量两个变量都是随机变量统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS散点图散点图(scatter diagram)不相关不相关不相关不相
7、关不相关不相关 负线性相关负线性相关负线性相关负线性相关负线性相关负线性相关 正线性相关正线性相关正线性相关正线性相关正线性相关正线性相关 非线性相关非线性相关非线性相关非线性相关非线性相关非线性相关 完全负线性相关完全负线性相关完全负线性相关完全负线性相关完全负线性相关完全负线性相关完全正线性相关完全正线性相关完全正线性相关完全正线性相关完全正线性相关完全正线性相关 统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS散点图散点图(例题分析例题分析)【例例例例】一一家家大大型型商商业业银银行行在在多多个个地地区区设设有有分分行行,其其业业务务主主要要是是进进行行基基础础设设施施建
8、建设设、国国家家重重点点项项目目建建设设、固固定定资资产产投投资资等等项项目目的的贷贷款款。近近年年来来,该该银银行行的的贷贷款款额额平平稳稳增增长长,但但不不良良贷贷款款额额也也有有较较大大比比例例的的增增长长,这这给给银银行行业业务务的的发发展展带带来来较较大大压压力力。为为弄弄清清不不良良贷贷款款形形成成的的原原因因,管管理理者者希希望望利利用用银银行行业业务务的的有有关关数数据据进进行行定定量量分分析析,以以便便找找出出控控制制不不良良贷贷款款的的办办法法。下下面面是是该该银银行行所属的所属的2525家分行家分行20022002年的有关业务数据年的有关业务数据 统计学统计学STATIS
9、TICS统计学统计学STATISTICS散点图散点图(例题分析例题分析)统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS散点图散点图(不良贷款对其他变量的散点图不良贷款对其他变量的散点图)统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS散点图散点图(5个变量的散点图矩阵个变量的散点图矩阵)不良贷款贷款余额累计应收贷款贷款项目个数固定自产投资统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关关系的描述与测度相关关系的描述与测度(相关系数相关系数)统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关系数相关系数(correlatio
10、n coefficient)1.度量变量之间关系强度的一个统计量度量变量之间关系强度的一个统计量2.对对两两个个变变量量之之间间线线性性相相关关强强度度的的度度量量称称为为简简单单相相关系数关系数3.若若相相关关系系数数是是根根据据总总体体全全部部数数据据计计算算的的,称称为为总总体相关系数,记为体相关系数,记为 4.若若相相关关系系数数是是根根据据样样本本数数据据计计算算的的,则则称称为为样样本本相关系数,简称为相关系数,记为相关系数,简称为相关系数,记为 r rn n也称为线性相关系数也称为线性相关系数(linear correlation coefficient)(linear corr
11、elation coefficient)n n或或称称为为PearsonPearson相相关关系系数数 (Pearsons(Pearsons correlation correlation coefficient)coefficient)统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关系数相关系数(计算公式计算公式)样本相关系数的计算公式或化简为统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关系数公式的涵义理解 两个变量之间的相关程度和方向,取决于两两个变量之间的相关程度和方向,取决于两个变量离差乘积之和个变量离差乘积之和 ,当它为,当它为0 0时,时,
12、r r为为0 0;当它为正时,为正;当它为负时,;当它为正时,为正;当它为负时,r r为负。为负。(2 2)相关程度的大小与计量单位无关。为了消)相关程度的大小与计量单位无关。为了消除积差中两个变量原有计量单位的影响,将各变除积差中两个变量原有计量单位的影响,将各变量的离差除以该变量数列的标准差,使之成为相量的离差除以该变量数列的标准差,使之成为相对积差,即对积差,即 ,所以相关系数是无量,所以相关系数是无量纲的数量。纲的数量。统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关系数的性质相关系数的性质性质性质1:r 的取值范围是-1,1n n|r r|=|=1 1,为完全相关
13、为完全相关l lr r=1 1,为,为完全正相关完全正相关l lr r=-1-1,为完全负正相关为完全负正相关n n r r=0=0,不存在不存在线性线性线性线性相关相关关系关系n n -1-1 r r 0 0,为负相关为负相关n n0 0 r r 1 1,为正相关为正相关n n|r r|越越趋趋于于1 1表表示示关关系系越越强强;|r r|越越趋趋于于0 0表表示示关关系越弱系越弱统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关系数的性质相关系数的性质(取值及其意义的图解取值及其意义的图解)-1.0+1.00-0.5+0.5完全负相关完全负相关完全负相关完全负相关无线性相
14、关无线性相关无线性相关无线性相关完全正相关完全正相关完全正相关完全正相关负负负负相关程度增加相关程度增加相关程度增加相关程度增加r正相关程度增加正相关程度增加正相关程度增加正相关程度增加统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关系数的性质相关系数的性质性质性质性质性质2 2:r r具有对称性。即具有对称性。即x x与与y y之间的相关系数和之间的相关系数和y y与与x x之间之间 的相关系数相等,即的相关系数相等,即r rxyxy=r ryxyx性质性质性质性质3 3:r r数值大小与数值大小与x x和和y y原点及尺度无关,即改变原点及尺度无关,即改变x x和和y
15、y的的 数据原点及计量尺度,并不改变数据原点及计量尺度,并不改变r r数值大小数值大小性质性质性质性质4 4:仅仅是仅仅是x x与与y y之间线性关系的一个度量,它不能用之间线性关系的一个度量,它不能用 于描述非线性关系。这意味着,于描述非线性关系。这意味着,r r=0=0只表示两个变只表示两个变 量之间不存在线性相关关系,并不说明变量之间没量之间不存在线性相关关系,并不说明变量之间没 有任何关系有任何关系性质性质性质性质5 5:r r虽然是两个变量之间线性关系的一个度量,却不虽然是两个变量之间线性关系的一个度量,却不 一定意味着一定意味着x x与与y y一定有因果关系一定有因果关系统计学统计
16、学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关系数的经验解释相关系数的经验解释1.|r|0.8时,可视为两个变量之间高度相关2.0.5|r|0.8时,可视为中度相关3.0.3|r|0.5时,视为低度相关4.|r|0.3时,说明两个变量之间的相关程度极弱,可视为不相关5.上述解释必须建立在对相关系数的显著性进行检验的基础之上统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS相关系数相关系数(例题分析例题分析)用用用用ExcelExcel计算相关系数计算相关系数计算相关系数计算相关系数统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS6.2 一元线性回归6.
17、2.1 一元线性回归模型一元线性回归模型6.2.2 参数的最小二乘估计参数的最小二乘估计6.2.3 回归直线的拟合优度回归直线的拟合优度统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS什么是回归分析?什么是回归分析?(regression)1.从一组样本数据出发,确定变量之间的数学关系式2.对这些关系式的可信程度进行各种统计检验,并从影响某一特定变量的诸多变量中找出哪些变量的影响显著,哪些不显著3.利用所求的关系式,根据一个或几个变量的取值来预测或控制另一个特定变量的取值,并给出这种预测或控制的精确程度统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS趋向中间高度
18、的回归趋向中间高度的回归回归这个术语是由英国著名统计学家Francis Galton在19世纪末期研究孩子及其父母的身高时提出来的。Galton发现身材高的父母,他们的孩子身材也高。但这些孩子平均起来并不像他们的父母那样高。对于比较矮的父母情形也类似:他们的孩子比较矮,但这些孩子的平均身高要比他们的父母的平均身高高。Galton把这种孩子的身高向平均值靠近的趋势称为一种回归效应,而他发展的研究两个数值变量的方法称为回归分析统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS回归分析与相关分析的区别回归分析与相关分析的区别1.相相关关分分析析中中,变变量量 x x 变变量量 y y
19、处处于于平平等等的的地地位位;回回归归分分析析中中,变变量量 y y 称称为为因因变变量量,处处在在被被解解释释的的地地位,位,x x 称为自变量,用于预测因变量的变化称为自变量,用于预测因变量的变化2.相相关关分分析析中中所所涉涉及及的的变变量量 x x 和和 y y 都都是是随随机机变变量量;回回归归分分析析中中,因因变变量量 y y 是是随随机机变变量量,自自变变量量 x x 是是非随机的确定变量非随机的确定变量3.相相关关分分析析主主要要是是描描述述两两个个变变量量之之间间线线性性关关系系的的密密切切程程度度;回回归归分分析析不不仅仅可可以以揭揭示示变变量量 x x 对对变变量量 y
20、y 的影响大小,还可以由回归方程进行预测和控制的影响大小,还可以由回归方程进行预测和控制 统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS回归模型的类型回归模型的类型统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS一元线性回归模型一元线性回归模型统计学统计学STATISTICS统计学统计学STATISTICS一元线性回归一元线性回归1.涉及一个自变量的回归2.因变量y与自变量x之间为线性关系n n被被 预预 测测 或或 被被 解解 释释 的的 变变 量量 称称 为为 因因 变变 量量(dependent variable)(dependent variable)
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