spss使用教程 聚类分析与判别分析.pptx
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1、聚类分析与判别分析的基本概念聚类分析与判别分析的基本概念8.1层次聚类分析中的层次聚类分析中的QQ型聚类型聚类8.2层次聚类分析中的层次聚类分析中的R R型聚类型聚类8.3快速聚类分析快速聚类分析8.4判判 别别 分分 析析8.5第1页/共132页 本章介绍统计学中经常使用的分类统计分析方法聚类分析与判别分析。主要内容有层次聚类分析、快速聚类分析和判别分析。其中层次聚类分析根据聚类的对象不同分成Q Q型聚类和R R型聚类。第2页/共132页8.1 8.1 聚类分析与判别分析的基本概念聚类分析与判别分析的基本概念 统计学研究这类问题的常用分类统计方法主要有聚类分析(cluster analysi
2、scluster analysis)与判别分析(discriminant analysisdiscriminant analysis)。其中聚类分析是统计学中研究这种“物以类聚”问题的一种有效方法,它属于统计分析的范畴。聚类分析的实质是建立一种分类方法,它能够将一批样本数据按照他们在性质上的亲密程度在没有先验知识的情况下自动进行分类。这里所说的类就是一个具有相似性的个体的集合,不同类之间具有明显的区别。第3页/共132页 聚类分析是一种探索性的分析,在分类的过程中,人们不必事先给出一个分类的标准,聚类分析能够从样本数据出发,自动进行分类。聚类分析所使用方法的不同,常常会得到不同的结论。不同研究
3、者对于同一组数据进行聚类分析,所得到的聚类数未必一致。因此我们说聚类分析是一种探索性的分析方法。第4页/共132页 对个案的聚类分析类似于判别分析,都是将一些观察个案进行分类。聚类分析时,个案所属的群组特点还未知。也就是说,在聚类分析之前,研究者还不知道独立观察组可以分成多少个类,类的特点也无所得知。第5页/共132页 变量的聚类分析类似于因素分析。两者都可用于辨别变量的相关组别。不同在于,因素分析在合并变量的时候,是同时考虑所有变量之间的关系;而变量的聚类分析,则采用层次式的判别方式,根据个别变量之间的亲疏程度逐次进行聚类。第6页/共132页 聚类分析的方法,主要有两种,一种是“快速聚类分析
4、方法”(K KMeans Cluster Means Cluster Analy-sisAnaly-sis),另一种是“层次聚类分析方法”(Hierarchical Cluster AnalysisHierarchical Cluster Analysis)。如果观察值的个数多或文件非常庞大(通常观察值在200200个以上),则宜采用快速聚类分析方法。因为观察值数目巨大,层次聚类分析的两种判别图形会过于分散,不易解释。第7页/共132页 判别分析是一种有效的对个案进行分类分析的方法。和聚类分析不同的是,判别分析时,组别的特征已知。如银行为了对贷款进行管理,需要预测哪些类型的客户可能不会按时归还
5、贷款。已知过去几年中,900900个客户的贷款归还信誉度,据此可以将客户分成两组:可靠客户和不可靠客户。第8页/共132页 再通过收集客户的一些资料,如年龄、工资收入、教育程度、存款等,将这些资料作为自变量。通过判别分析,建立判别函数。那么,如果有150150个新的客户提交贷款请求,就可以利用创建好的判别函数,对新的客户进行分析,从而判断新的客户是属于可靠客户类,还是不可靠客户类。第9页/共132页8.2 8.2 层次聚类分析中的层次聚类分析中的QQ型聚类型聚类 层次聚类分析是根据观察值或变量之间的亲疏程度,将最相似的对象结合在一起,以逐次聚合的方式(Agglomerative Cluster
6、ingAgglomerative Clustering),它将观察值分类,直到最后所有样本都聚成一类。第10页/共132页 层次聚类分析有两种形式,一种是对样本(个案)进行分类,称为Q Q型聚类,它使具有共同特点的样本聚齐在一起,以便对不同类的样本进行分析;另一种是对研究对象的观察变量进行分类,称为R R型聚类。它使具有共同特征的变量聚在一起,以便从不同类中分别选出具有代表性的变量作分析,从而减少分析变量的个数。第11页/共132页 本节讲述Q Q型聚类的原理和SPSSSPSS的实现过程,下一节将讲述R R型聚类的实现过程。第12页/共132页 定义:层次聚类分析中的Q Q型聚类,它使具有共同
7、特点的样本聚齐在一起,以便对不同类的样本进行分析。第13页/共132页 层次聚类分析中,测量样本之间的亲疏程度是关键。聚类的时候会涉及到两种类型亲疏程度的计算:一种是样本数据之间的亲疏程度,一种是样本数据与小类、小类与小类之间的亲疏程度。下面讲述这两种类型亲疏程度的计算方法和公式。第14页/共132页 计算公式如下。样本数据之间的亲疏程度主要通过样本之间的距离、样本间的相关系数来度量。SPSSSPSS根据变量数据类型的不同,采用不同的测定亲疏程度的方法。第15页/共132页 样本若有k k个变量,则可以将样本看成是一个k k维的空间的一个点,样本和样本之间的距离就是k k维空间点和点之间的距离
8、,这反映了样本之间的亲疏程度。聚类时,距离相近的样本属于一个类,距离远的样本属于不同类。1连续变量的样本距离测量方法连续变量的样本距离测量方法第16页/共132页 (1 1)欧氏距离(Euclidean DistanceEuclidean Distance)两个样本之间的欧氏距离是样本各个变量值之差的平方和的平方根,计算公式为第17页/共132页 (2 2)欧氏距离平方(Squared Euclidean Squared Euclidean DistanceDistance)两个样本之间的欧氏距离平方是各样本每个变量值之差的平方和,计算公式为第18页/共132页 (3 3)ChebychevC
9、hebychev距离 两个样本之间的ChebychevChebychev距离是各样本所有变量值之差绝对值中的最大值,计算公式为第19页/共132页 (4 4)BlockBlock距离 两个样本之间的BlockBlock距离是各样本所有变量值之差绝对值的总和,计算公式为第20页/共132页 (5 5)MinkowskiMinkowski距离 两个样本之间的MinkowskiMinkowski距离是各样本所有变量值之差绝对值的p p次方的总和,再求p p次方根。计算公式为第21页/共132页 (6 6)CustomizedCustomized距离(用户自定义距离)两个样本之间的Customized
10、Customized距离是各样本所有变量值之差绝对值的p p次方的总和,再求q q次方根。计算公式为第22页/共132页 连续变量亲疏程度的度量,除了上面的各种距离外,还可以计算其他统计指标。如PearsonPearson相关系数、SosineSosine相似度等。2连续变量的样本亲疏程度的其他测量方法连续变量的样本亲疏程度的其他测量方法第23页/共132页第24页/共132页3顺序或名义变量的样本亲疏程度测量顺序或名义变量的样本亲疏程度测量方法方法 对于此类变量,可以计算一些有关相似性的统计指标来测定样本间的亲疏程度。也可以通过下面两个计算公式来得到。第25页/共132页第26页/共132页
11、第27页/共132页4样本数据与小类、小类与小类之间的样本数据与小类、小类与小类之间的亲疏程度测量方法亲疏程度测量方法 SPSS SPSS默认的变量为Var00001Var00001、Var00002Var00002等,用户也可以根据自己的需要来命名变量。SPSSSPSS变量的命名和一般的编程语言一样,有一定的命名规则,具体内容如下。第28页/共132页 所谓小类,是在聚类过程中根据样本之间亲疏程度形成的中间类,小类和样本、小类与小类继续聚合,最终将所有样本都包括在一个大类中。在SPSSSPSS聚类运算过程中,需要计算样本与小类、小类与小类之间的亲疏程度。SPSSSPSS提供了多种计算方法(计
12、算规则)。第29页/共132页 (1 1)最短距离法(Nearest NeighborNearest Neighbor)以当前某个样本与已经形成小类中的各样本距离的最小值作为当前样本与该小类之间的距离。第30页/共132页 (2 2)最长距离法(Furthest NeighborFurthest Neighbor)以当前某个样本与已经形成小类中的各样本距离的最大值作为当前样本与该小类之间的距离。第31页/共132页 (3 3)类间平均链锁法(Between-groups Between-groups LinkageLinkage)两个小类之间的距离为两个小类内所有样本间的平均距离。第32页/共
13、132页 (4 4)类内平均链锁法(Within-groups Within-groups LinkageLinkage)与小类间平均链锁法类似,这里的平均距离是对所有样本对的距离求平均值,包括小类之间的样本对、小类内的样本对。第33页/共132页 (5 5)重心法(Centroid ClusteringCentroid Clustering)将两小类间的距离定义成两小类重心间的距离。每一小类的重心就是该类中所有样本在各个变量上的均值代表点。第34页/共132页 (6 6)离差平方和法(WardWards Methods Method)小类合并的方法:在聚类过程中,使小类内各个样本的欧氏距离总
14、平方和增加最小的两小类合并成一类。第35页/共132页 研究问题 对一个班同学的数学水平进行聚类。聚类的依据是第一次数学考试的成绩和入学考试的成绩。数据如表8-18-1所示。第36页/共132页表表8-18-1学生的数学成绩学生的数学成绩姓姓 名名数数 学学入入 学学 成成 绩绩hxh99.0098.00yaju88.0089.00yu79.0080.00shizg89.0078.00hah75.0078.00john60.0065.00watet79.0087.00jess75.0076.00wish60.0056.00Iiakii100.00100.00第37页/共132页 实现步骤图图8
15、-1 8-1 在菜单中选择在菜单中选择“Hierarchical Cluster”Hierarchical Cluster”命令命令第38页/共132页图图8-2 “Hierarchical Cluster Analysis”8-2 “Hierarchical Cluster Analysis”对话框(一)对话框(一)第39页/共132页图图8-3 “Hierarchical Cluster Analysis8-3 “Hierarchical Cluster Analysis:Method”Method”对话框(一)对话框(一)第40页/共132页 图图8-4 “Hierarchical Cl
16、uster Analysis8-4 “Hierarchical Cluster Analysis:Plots”Plots”对话框(一)对话框(一)第41页/共132页图图8-5 “Hierarchical Cluster Analysis8-5 “Hierarchical Cluster Analysis:Statistics”Statistics”对话框(一)对话框(一)第42页/共132页图图8-6 “Hierarchical Cluster Analysis8-6 “Hierarchical Cluster Analysis:Save New Var”Save New Var”对话框对话
17、框第43页/共132页 由于本例中选中的选项较多,这里按照各个结果分别解释。(1 1)首先是层次聚类分析的概要结果,该结果是SPSSSPSS输出结果文件中的第一个表格,如下表所示。第44页/共132页 (2 2)输出的结果文件中第二个表格如下表所示。第45页/共132页 (3 3)输出的结果文件中第三个表格为层次聚类分析的凝聚状态表,包括:第46页/共132页 (4 4)输出的结果文件中第四个表格如下表所示。第47页/共132页 (5 5)输出的结果文件中第五个表格如下表所示。第48页/共132页 (6 6)输出的结果文件中第六部分如图8-78-7所示。第49页/共132页 (7 7)由于对图
18、8-68-6“Hierarchical Hierarchical Cluster Analysis:Save New VarCluster Analysis:Save New Var”对话框进行了设置,将聚类成三类时,各个样本的类归属情况保存为一个变量,因此在SPSSSPSS数据编辑窗口中就新增了一个变量的值,如图8-88-8所示。第50页/共132页图图8-8 8-8 层次聚类分析结果保存层次聚类分析结果保存第51页/共132页8.3 8.3 层次聚类分析中的层次聚类分析中的R R型聚类型聚类 定义:层次聚类分析中的R R型聚类是对研究对象的观察变量进行分类,它使具有共同特征的变量聚在一起。
19、以便可以从不同类中分别选出具有代表性的变量作分析,从而减少分析变量的个数。第52页/共132页 计算公式:R R型聚类的计算公式和Q Q型聚类的计算公式是类似的,不同的是R R型聚类是对变量间进行距离的计算,Q Q型聚类则是对样本间进行距离的计算。第53页/共132页 研究问题 对一个班同学的各科成绩进行聚类,分析哪些课程是属于一个类的。聚类的依据是4 4门功课的考试成绩,数据如表8-28-2所示。第54页/共132页表表8-28-2学生的四门课程的成绩学生的四门课程的成绩姓姓 名名数数 学学物物 理理语语 文文政政 治治hxh99.0098.0078.0080.00yaju88.0089.0
20、089.0090.00yu79.0080.0095.0097.00shizg89.0078.0081.0082.00hah75.0078.0095.0096.00john60.0065.0085.0088.00watet79.0087.0050.0051.00jess75.0076.0088.0089.00wish60.0056.0089.0090.00Iiakii100.00100.0085.0084.00第55页/共132页 实现步骤图图8-9 8-9 在菜单中选择在菜单中选择“Hierarchical Cluster”Hierarchical Cluster”命令命令第56页/共132页
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