数学31回归分析的基本思想及其初步应用课件ppt.ppt
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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 第三章第三章 统计案例统计案例3.1 3.1 回归分析的基本思想及其回归分析的基本思想及其初步应用初步应用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 比数学3中“回归”增加的内容数学数学统计统计1.画散点图画散点图2.了解最小二乘法了解最小二乘法的思想的思想3.求回归直线方程求回归直线方程ybxa4.用回归直线方程用回归直线方程解决应用问题解决应用问题选修2-3统计案例5.引入
2、线性回归模型引入线性回归模型ybxae6.了解模型中随机误差项了解模型中随机误差项e产产生的原因生的原因7.了解残差图的作用了解残差图的作用8.了解相关指数了解相关指数 R2 和模型拟和模型拟合的效果之间的关系合的效果之间的关系9.利用线性回归模型解决一类利用线性回归模型解决一类非线性回归问题非线性回归问题10.正确理解分析方法与结果正确理解分析方法与结果经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用回归分析的内容:回归分析的内容:数学3中,已对具有相关关系的变量利用回归分析的方法进行了研究,其步骤为画散点图,
3、求回归直线方程,并用回归直线方程进行预报。回归分析对具有相关关系的两个变量进行统计分回归分析对具有相关关系的两个变量进行统计分析的一种常用的方法,也就是通过一个变量或一些变析的一种常用的方法,也就是通过一个变量或一些变量的变化解释另一变量的变化。量的变化解释另一变量的变化。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用最小二乘法:最小二乘法:称为样本点的中心称为样本点的中心。回归直线过样回归直线过样本点中心本点中心经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费
4、者购买商品的价款或接受服务的费用例例1 从某大学中随机选取从某大学中随机选取8名女大学生,其身高和体重数据如表名女大学生,其身高和体重数据如表1-1所示。所示。编号12345678身高/cm 165 165 157 170 175 165 155 170体重/kg4857505464614359求根据一名女大学生的身高预报她的体重的回归方程,并预报一名身高为求根据一名女大学生的身高预报她的体重的回归方程,并预报一名身高为172cm的女大学生的体重。的女大学生的体重。案例案例1:女大学生的身高与体重:女大学生的身高与体重解:解:1、选取身高为自变量、选取身高为自变量x,体重为,体重为因变量因变量
5、y,作散点图:,作散点图:2、由散点图知道身高和体重有比较、由散点图知道身高和体重有比较好的线性相关关系,因此可以用线性好的线性相关关系,因此可以用线性回归方程刻画它们之间的关系。回归方程刻画它们之间的关系。分析:由于问题中要求根据身高预报体重,因此分析:由于问题中要求根据身高预报体重,因此选取身高为自变量,体重为因变量选取身高为自变量,体重为因变量经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2.回归方程:回归方程:1.散点图;散点图;经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到
6、的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用探究:探究:身高为身高为172cm的女大学生的体重一定是的女大学生的体重一定是60.316kg吗吗?如果不是,你能解析一下原因吗?如果不是,你能解析一下原因吗?答:身高为答:身高为172cm的女大学生的体重不一定是的女大学生的体重不一定是60.316kg,但一般可以认为她的体重接近于,但一般可以认为她的体重接近于60.316kg。即,用这个回归方程不能给出每个身高为即,用这个回归方程不能给出每个身高为172cm的女大学生的体重的预测值,只能给出她们平均的女大学生的体重的预测值,只能给出她们平均体重的值。体重的值。经营者提供商品或者服务
7、有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例例1 从某大学中随机选取从某大学中随机选取8名女大学生,其身高和体重数据如表名女大学生,其身高和体重数据如表1-1所示。所示。编号12345678身高/cm 165 165 157 170 175 165 155 170体重/kg4857505464614359求根据一名女大学生的身高预报求根据一名女大学生的身高预报她的体重的回归方程,并预报一她的体重的回归方程,并预报一名身高为名身高为172cm的女大学生的体重。的女大学生的体重。案例案例1:女大学生的身高与体重:女大学生的身高与体重
8、解:解:1、选取身高为自变量、选取身高为自变量x,体重,体重为因变量为因变量y,作散点图:,作散点图:2、由散点图知道身高和体重有比较、由散点图知道身高和体重有比较好的线性相关关系,因此可以用线性好的线性相关关系,因此可以用线性回归方程刻画它们之间的关系。回归方程刻画它们之间的关系。3、从散点图还看到,样本点散布在、从散点图还看到,样本点散布在某一条直线的附近,而不是在一条某一条直线的附近,而不是在一条直线上,所以不能用一次函数直线上,所以不能用一次函数y=bx+a描述它们关系。描述它们关系。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购
9、买商品的价款或接受服务的费用函数模型与回归模型之间的差别函数模型与回归模型之间的差别函数模型:线性回归模型:当随机误差恒等于当随机误差恒等于0时,时,线性回归模型就变为函数模型线性回归模型就变为函数模型经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用函数模型与回归模型之间的差别函数模型与回归模型之间的差别函数模型:回归模型:线性回归模型线性回归模型y=bx+a+e增加了随机误差项增加了随机误差项e,因变量,因变量y的值由自变量的值由自变量x和和随机误差项随机误差项e共同确定,即共同确定,即自变量自变量x只能解析部
10、分只能解析部分y的变化的变化。在统计中,我们也把自变量在统计中,我们也把自变量x称为解析变量,因变量称为解析变量,因变量y称为预报变量。称为预报变量。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用我们可以用下面的我们可以用下面的线性回归模型线性回归模型来表示:来表示:y=bx+a+e,(3)其中其中a和和b为模型的未知参数,为模型的未知参数,e称为随机误差称为随机误差。y=bx+a+e,E(e)=0,D(e)=(4)在线性回归模型在线性回归模型(4)中,随机误差中,随机误差e的方差的方差 越小,通过越小,通过回
11、归直线回归直线 (5)预报真实值预报真实值y的精度越高。随机误差是引起预报值的精度越高。随机误差是引起预报值 与真实值与真实值y之间的误差的原因之一,其大小取决于随机误差的方差。之间的误差的原因之一,其大小取决于随机误差的方差。另一方面,由于公式另一方面,由于公式(1)和和(2)中中 和和 为截距和斜率的估计值,为截距和斜率的估计值,它们与真实值它们与真实值a和和b之间也存在误差,这种误差是引起预报值之间也存在误差,这种误差是引起预报值与真实值与真实值y之间误差的另一个原因。之间误差的另一个原因。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费
12、者购买商品的价款或接受服务的费用思考思考:产生随机误差项产生随机误差项e的原因是什么?的原因是什么?随机误差随机误差e e的来源的来源(可以推广到一般):可以推广到一般):1、用线性回归模型近似真实模型所引起的误差;用线性回归模型近似真实模型所引起的误差;2、忽略了其它因素的影响:影响身高忽略了其它因素的影响:影响身高 y 的因素不的因素不只是体重只是体重 x,可能还包括遗传基因、饮食习惯、,可能还包括遗传基因、饮食习惯、生长环境等因素;生长环境等因素;3、身高、身高 y 的观测误差。的观测误差。以上三项误差越小,说明我们的回归模型的拟合以上三项误差越小,说明我们的回归模型的拟合效果越好。效果
13、越好。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用探究探究:e 是是 用预报真实值用预报真实值Y的随机误差,它是一个不可的随机误差,它是一个不可观测的量,那么怎样研究随机误差呢观测的量,那么怎样研究随机误差呢?回归模型:其估计值为其估计值为而言,它们的随机误差而言,它们的随机误差对于样本点对于样本点经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用表表3-2列出了女大学生身高和体重的原始数据以及相应的残差数据。列出了女大学生身高和
14、体重的原始数据以及相应的残差数据。在研究两个变量间的关系时,首先要根据散点图来粗略判断它们是否线性相关,在研究两个变量间的关系时,首先要根据散点图来粗略判断它们是否线性相关,是否可以用回归模型来拟合数据。是否可以用回归模型来拟合数据。残差分析与残差图的定义:残差分析与残差图的定义:然后,我们可以通过残差然后,我们可以通过残差 来判断模型拟合的效果,判断原始来判断模型拟合的效果,判断原始数据中是否存在可疑数据,数据中是否存在可疑数据,这方面的分析工作称为残差分析这方面的分析工作称为残差分析。编号编号12345678身高身高/cm165165157170175165155170体重体重/kg485
15、7505464614359残差残差-6.3732.6272.419-4.6181.1376.627-2.8830.382 我们可以利用图形来分析残差特性,作图时纵坐标为残差,横坐标可以选为样本我们可以利用图形来分析残差特性,作图时纵坐标为残差,横坐标可以选为样本编号,或身高数据,或体重估计值等,这样作出的图形称为编号,或身高数据,或体重估计值等,这样作出的图形称为残差图残差图。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用残差图的制作及作用。残差图的制作及作用。坐标纵轴为残差变量,横轴可以有不同的选择;坐标纵轴
16、为残差变量,横轴可以有不同的选择;若模型选择的正确,残差图中的点应该分布在以若模型选择的正确,残差图中的点应该分布在以横轴为心的带形区域;横轴为心的带形区域;对于远离横轴的点,要特别注意。对于远离横轴的点,要特别注意。身高与体重残差图异常点 错误数据 模型问题 几点说明:几点说明:第一个样本点和第第一个样本点和第6个样本点的残差比较大,需要确认在采集过程中是否有人为个样本点的残差比较大,需要确认在采集过程中是否有人为的错误。如果数据采集有错误,就予以纠正,然后再重新利用线性回归模型拟合数的错误。如果数据采集有错误,就予以纠正,然后再重新利用线性回归模型拟合数据;如果数据采集没有错误,则需要寻找
17、其他的原因。据;如果数据采集没有错误,则需要寻找其他的原因。另外,残差点比较均匀地落在水平的带状区域中,说明选用的模型计较合适,这另外,残差点比较均匀地落在水平的带状区域中,说明选用的模型计较合适,这样的带状区域的宽度越窄,说明模型拟合精度越高,回归方程的预报精度越高。样的带状区域的宽度越窄,说明模型拟合精度越高,回归方程的预报精度越高。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用显然,显然,R2的值越大,说明残差平方和越小,也就是说模型拟合效果越好。的值越大,说明残差平方和越小,也就是说模型拟合效果越好。在
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