回归分析的基本思想讲稿.ppt
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1、回归分析的基本思想第一页,讲稿共三十九页哦3.1回归分析的基回归分析的基本思想及其初步本思想及其初步应用(一)应用(一)高二数学高二数学 选修选修2-3 第二页,讲稿共三十九页哦2023/4/2两个变量的关系两个变量的关系不相关不相关相关关系相关关系函数关系函数关系线性相关线性相关非线性相关非线性相关现实生活中两个变量间的关系现实生活中两个变量间的关系:相关关系相关关系:对于两个变量,当自变量取值一定时,因变量的:对于两个变量,当自变量取值一定时,因变量的取值带有一定随机性的两个变量之间的关系取值带有一定随机性的两个变量之间的关系.函数关系中的两个变量间是一种确定性关系函数关系中的两个变量间是
2、一种确定性关系相关关系是一种非确定性关系相关关系是一种非确定性关系函数关系是一种理想的关系模型函数关系是一种理想的关系模型相关关系在现实生活中大量存在,是更一般的情况相关关系在现实生活中大量存在,是更一般的情况第三页,讲稿共三十九页哦表示有一组具体的数据估计得到的截距和斜率表示有一组具体的数据估计得到的截距和斜率;a,b,y表示真实值表示真实值;表示由真实值表示由真实值a,b所确定的值所确定的值.表示由估计值表示由估计值 所确定的值所确定的值.第四页,讲稿共三十九页哦这种方法称为回归分析这种方法称为回归分析.两个具有线性相关关系的变量的统计分析:两个具有线性相关关系的变量的统计分析:(1)画散
3、点图;)画散点图;(2)求回归直线方程)求回归直线方程(最小二乘法最小二乘法):(3)利用回归直线方程进行预报;)利用回归直线方程进行预报;回归分析回归分析是对具有相关关系的两个变量进行统计分析的一是对具有相关关系的两个变量进行统计分析的一种常用方法种常用方法.为样本点的中心为样本点的中心样本点:样本点:第五页,讲稿共三十九页哦 2008年年5月,中共中央国务院关于加强月,中共中央国务院关于加强青少年体育、增强青少年体质的意见指青少年体育、增强青少年体质的意见指出城市超重和肥胖青少年的比例明显增出城市超重和肥胖青少年的比例明显增加加.“身高标准体重身高标准体重”该指标对于学生该指标对于学生形成
4、正确的身体形态观具有非常直观的形成正确的身体形态观具有非常直观的教育作用教育作用.“身高标准体重身高标准体重”从何而来从何而来?我们怎样去研究?我们怎样去研究?创设情境:创设情境:第六页,讲稿共三十九页哦某大学中随机选取某大学中随机选取8名女大学生,其身高和体重数据如下表名女大学生,其身高和体重数据如下表所示所示.编号编号1 12 23 34 45 56 67 78 8身高身高/cm/cm165165165165157157170170175175165165155155170170体重体重/kg/kg48485757505054546464616143435959求根据女大学生的身高预报体重
5、的回归方程,并预报一名求根据女大学生的身高预报体重的回归方程,并预报一名身高为身高为172cm的女大学生的体重的女大学生的体重.第七页,讲稿共三十九页哦解:取身高为解释变量解:取身高为解释变量x,体重为预报变量,体重为预报变量y,作散点图:,作散点图:样本点呈条状分布,身高和体重有较好的线性相关关系,样本点呈条状分布,身高和体重有较好的线性相关关系,因此可以用回归方程来近似的刻画它们之间的关系因此可以用回归方程来近似的刻画它们之间的关系.第八页,讲稿共三十九页哦由由得:得:故所求回归方程为:故所求回归方程为:因此,对于身高因此,对于身高172cm的女大学生,由回归方程可以预报其体的女大学生,由
6、回归方程可以预报其体重为:重为:是斜率的估计值,说明身高是斜率的估计值,说明身高x每增加每增加1个单位个单位时,体重时,体重y就增加就增加0.849个单位,这表明体重个单位,这表明体重与身高具有正的线性相关关系与身高具有正的线性相关关系.如何描述它们之间线性相关关系的强弱?如何描述它们之间线性相关关系的强弱?第九页,讲稿共三十九页哦相关系数相关系数相关系数的性质相关系数的性质(1)|r|1(1)|r|1(2)|r|(2)|r|越接近于越接近于1 1,相关程度越强;,相关程度越强;|r|r|越接近于越接近于0 0,相关,相关程度越弱程度越弱注注:b:b 与与 r r 同号同号问题:达到怎样程度,
7、问题:达到怎样程度,x x、y y线性相关呢?它们的相关线性相关呢?它们的相关程度怎样呢?程度怎样呢?r第十页,讲稿共三十九页哦相关系数相关系数正相关;负相关正相关;负相关通常:通常:r r-1,-0.75-1,-0.75-负相关很强负相关很强;r r0.75,10.75,1正相关很强正相关很强;r r-0.75,-0.3-0.75,-0.3-负相关一般负相关一般;r;r0.3,0.3,0.750.75正相关一般正相关一般;r r-0.25,0.25-0.25,0.25-相关性较弱相关性较弱;对对r r进行显进行显著性检验著性检验 r第十一页,讲稿共三十九页哦某大学中随机选取某大学中随机选取8
8、名女大学生,其身高和体重数据如下表名女大学生,其身高和体重数据如下表所示所示.编号编号1 12 23 34 45 56 67 78 8身高身高/cm/cm165165165165157157170170175175165165155155170170体重体重/kg/kg48485757505054546464616143435959求根据女大学生的身高预报体重的回归方程,并预报一名身高求根据女大学生的身高预报体重的回归方程,并预报一名身高为为172cm的女大学生的体重的女大学生的体重.故所求回归方程为:故所求回归方程为:r=0.798表明体重与身高有很强的线性相关性,从而说表明体重与身高有很强
9、的线性相关性,从而说明我们建立的回归模型是有意义的明我们建立的回归模型是有意义的.认为她的平均体重的估计值是认为她的平均体重的估计值是60.316kg.第十二页,讲稿共三十九页哦因为所有的样本点不共线,所以线性函数模型只能近似因为所有的样本点不共线,所以线性函数模型只能近似地刻画身高和体重之间的关系,即:体重不仅受身高的地刻画身高和体重之间的关系,即:体重不仅受身高的影响,还受其他因素的影响,把这种影响的结果用影响,还受其他因素的影响,把这种影响的结果用e来来表示,从而把线性函数模型修改为线性回归模型:表示,从而把线性函数模型修改为线性回归模型:y=bx+a+e.其中,其中,e包含体重不能由身
10、高的线性函数解包含体重不能由身高的线性函数解释的所有部分释的所有部分.第十三页,讲稿共三十九页哦线性回归模型线性回归模型其中其中a a和和b b为模型的未知参数,为模型的未知参数,e e是是y y与与之间的误差,通常之间的误差,通常e e为随机变量为随机变量,称为,称为随机误差随机误差.均值均值E(e)=0,方差,方差D(e)=20线性回归模型的完整表达式为:线性回归模型的完整表达式为:线性回归模型适用范围比一次函数的适用范围大得多线性回归模型适用范围比一次函数的适用范围大得多.当随当随机误差机误差e恒等于恒等于0时,线性回归模型就变成一次函数模型时,线性回归模型就变成一次函数模型.即:即:一
11、次函数模型是线性回归模型的特殊形式,线性回归模型是一次函数模型是线性回归模型的特殊形式,线性回归模型是一次函数模型的一般形式一次函数模型的一般形式.第十四页,讲稿共三十九页哦随机误差是引起预报值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间的误差的原因之一,其大小取决于随机误差的方差之一,其大小取决于随机误差的方差.和和 为截距和斜率的估计值,它们与真实值为截距和斜率的估计值,它们与真实值a和和b之间之间存在误差是引起预报值存在误差是引起预报值 与真实值与真实值y之间的误差的另一之间的误差的另一个原因个原因.第十五页,讲稿共三十九页哦随机误差随机误差e的主要来源:的主要来源:(1
12、)用线性回归模型近似真实模型用线性回归模型近似真实模型(真实模型是客观存在(真实模型是客观存在的,但我们并不知道到底是什么)的,但我们并不知道到底是什么)所引起的误差所引起的误差.可能存在可能存在非线性的函数能更好的描述非线性的函数能更好的描述y与与x之间的关系,但我们现在却用线之间的关系,但我们现在却用线性函数来表述这种关系,结果就产生误差,这种由于模型近似所性函数来表述这种关系,结果就产生误差,这种由于模型近似所引起的误差包含在引起的误差包含在e中中.(2)忽略了某些因素的影响忽略了某些因素的影响.影响变量影响变量y的因素不止变量的因素不止变量x一个,可能还有其他因素,但通常它们每一个因素
13、的影响一个,可能还有其他因素,但通常它们每一个因素的影响可能都比较小,它们的影响都体现在可能都比较小,它们的影响都体现在e中中.(3)观测误差观测误差.由于测量工具等原因,得到的由于测量工具等原因,得到的y的观测值一的观测值一般是有误差的,这样的误差也包含在般是有误差的,这样的误差也包含在e中中.以上三项误差越小,则回归模型的拟合效果越好以上三项误差越小,则回归模型的拟合效果越好.第十六页,讲稿共三十九页哦在线性回归模型中,在线性回归模型中,e是用是用 预报真实值预报真实值y的误差,它的误差,它是一个不可观测的量,那么该怎样研究随机误差,如是一个不可观测的量,那么该怎样研究随机误差,如何衡量预
14、报的精度?何衡量预报的精度?由于随机误差由于随机误差e的均值为的均值为0,故采用方差,故采用方差 来衡量随机来衡量随机误差的大小误差的大小.第十七页,讲稿共三十九页哦 假设假设 1:身高和随机误差的不同不会对体重产生任何影响,身高和随机误差的不同不会对体重产生任何影响,54.554.554.554.554.554.554.554.5体重/kg170155165175170157165165身高/cm87654321编号54.5kg怎样研究随机误差?怎样研究随机误差?第十八页,讲稿共三十九页哦5943616454505748体重/kg170155165175170157165165身高/cm87
15、654321编号 例如,编号为例如,编号为6的女大学生的体重并没有落在水平直线上,她的体重为的女大学生的体重并没有落在水平直线上,她的体重为61kg。解释变量(身高)和随机误差共同把这名学生的体重从解释变量(身高)和随机误差共同把这名学生的体重从54.5kg“推推”到了到了61kg,相差,相差6.5kg,所以,所以6.5kg是解释变量和随机误差的是解释变量和随机误差的组合效应组合效应。用这种方法可以对所有预报变量计算组合效应。用这种方法可以对所有预报变量计算组合效应。数学上,把每个效应(观测值减去总的平均值)的平方加起来,即用数学上,把每个效应(观测值减去总的平均值)的平方加起来,即用表示总的
16、效应,称为表示总的效应,称为总偏差平方和总偏差平方和。第十九页,讲稿共三十九页哦5943616454505748体重/kg170155165175170157165165身高/cm87654321编号 假设假设2:随机误差对体重没有影响,也就是说,体重仅受身高的影响,那么散点图随机误差对体重没有影响,也就是说,体重仅受身高的影响,那么散点图中所有的点将完全落在回归直线上。中所有的点将完全落在回归直线上。怎样研究随机误差?怎样研究随机误差?第二十页,讲稿共三十九页哦 因此,数据点和它在回归直线上相应位置的差异因此,数据点和它在回归直线上相应位置的差异 是随机误差的效应,是随机误差的效应,称称 为
17、为残差残差。例如,编号为例如,编号为6的女大学生,计算随机误差的效应(残差)为:的女大学生,计算随机误差的效应(残差)为:对每名女大学生计算这个差异,然后分别将所得的值平方后加起来,用数学符号对每名女大学生计算这个差异,然后分别将所得的值平方后加起来,用数学符号称为称为残差平方和残差平方和,它代表了随机误差的效应。它代表了随机误差的效应。表示为:表示为:第二十一页,讲稿共三十九页哦随机误差随机误差e的估计量的估计量样本点:样本点:相应的随机误差为:相应的随机误差为:随机误差的估计值为:随机误差的估计值为:称为相应于点称为相应于点 的的残差残差.的估计量的估计量为为称为称为残差平方和残差平方和.
18、第二十二页,讲稿共三十九页哦残差分析残差分析在研究两个变量间的关系时,首先要根据散点图来粗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是线性相关,是否可以用线性回归模略判断它们是否是线性相关,是否可以用线性回归模型来拟合数据型来拟合数据.然后,可以通过残差然后,可以通过残差 来来判断模型拟合的效果,判断原始数据中是否存在可疑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.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.第二十三页,讲稿共三十九页哦0.3820.382-2.883-2.8836.6276.6271.1371.137-4.618-4.6182.41
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