《统计分析方法》PPT课件.ppt

1,統計分析方法,變異數分析 迴歸分析 因素分析 區別分析 集區分析,2,迴歸分析,找出預測模式： 簡單迴歸(Simple regression)以一個變項預測另一個有興趣的數量變數。 複迴歸(Multiple regression)以多個變項預測某一個有興趣的數量變數。 羅吉斯迴歸(Logistic regression)以多個變項預測某一個有興趣的0-1變數。,3,最小平方迴歸,4,迴歸直線(regression line),迴歸直線是用來描述反應變數 y 與解釋變數 x 線性關係的直線，在給定 x 之下通常使用迴歸直線的公式來預測 y。 平均日加溫度數為20度時，根據下圖的迴歸直線可算出月平均瓦斯消耗量約為490 cu. ft 。,5,迴歸直線實例,(20, 5),6,預測誤差,迴歸直線的選擇直接影響預測值 y 的準確性。 我們以 y 觀察值 - 預測值 y 稱為誤差， 或稱為垂直距離。 平均日加溫度數為 20度時，若實際月平均瓦斯消耗量為 510 cu. ft，則 誤差 = 510 - 490 = 20。,7,預測誤差圖示,預測值,觀察值 y,誤差,8,最小平方迴歸直線,依據誤差平方和最小的原則求得的迴歸直線，稱為最小平方迴歸直線 (Least square regression line)。 改變迴歸直線的截距與斜率，選擇使誤差平方和最小的直線。,9,最小平方迴歸直線方程式,若直線方程式為 y = a + bx，則在 xi 之下 yi 的預測值為 ，則誤差平方和即為 。 依據微積分的方法可求得使誤差平方和最小的 a, b 值分別為 最小平方迴歸直線即為 。,10,最小平方迴歸直線實例,統計資料 則 最小平方迴歸直線即為 。,11,最小平方迴歸直線-minitab,12,最小平方迴歸直線-minitab圖,13,最小平方迴歸的性質,最小平方迴歸直線中反應變數 y 與解釋變數 x 的角色無可取代。 反應變數 y 與解釋變數 x 互換會得到不同的迴歸直線。 迴歸直線的斜率與相關係數關係密切。 b = r (sy/sx),14,兩迴歸直線,15,最小平方迴歸的性質(續),迴歸直線一定通過 點。 迴歸直線方程式 中， 以 代入可得 即表示點 在迴歸直線上。,16,最小平方迴歸的性質(再續),相關係數描述了迴歸直線的強度。 相關係數平方即為反應變數 y 的變異中， 在變數 x 迴歸後解釋的部分(比例)。,17,餘差(Residuals),觀察值 y 與預測值 的差稱為餘差。 餘差總和必為零,18,餘差圖(Residuals Plot),餘差與對應的解釋變數的散佈圖，稱為餘差圖。 餘差圖有助於瞭解迴歸直線的適合性。 餘差圖為非線性。 餘差的散佈隨著 x 值的增加而散開或縮減。,19,標準餘差圖,- 4,- 2,0,2,4,x,20,曲線型餘差圖,- 4,- 2,0,2,4,x,21,散發型餘差圖,- 4,- 2,0,2,4,x,22,餘差圖中的特殊點,離群點：餘差特出的點，偏離整體餘差的分佈。 Child 19 干擾點：該點的移除對於迴歸直線的計算結果有重大的影響，稱為干擾點。 x 值特出(大或小)的點，多為干擾點。 Child 18,23,餘差圖實例,小孩說第一句話的時間與日後Gesell 能力測驗成績的迴歸關係。 迴歸直線如後 餘差如下，餘差圖如後,24,迴歸直線圖,Child 19,Child 18,25,迴歸餘差圖,Child 18,Child 19,26,特殊點對迴歸直線的影響,Child 18,Child 19,27,相關與迴歸的迷思,28,相關性與迴歸直線的侷限,相關性與迴歸直線僅用來描述兩變數之間的線性關係，且其數值受特殊點的影響極大。 平均日加溫度數為20度時，根據下圖的迴歸直線可算出月平均瓦斯消耗量約為490 cu. ft 。,29,外插(Extrapolation)預測,以迴歸直線預測原解釋變數概括的範圍外資料之對應 y值，其準確性的多半不高。 以38歲孩童身高資料得到的迴歸直線，預測25歲成人身高(預測值約為8呎長人)必然不準確。,30,使用平均數,使用平均數資料(月平均瓦斯消耗量)評估相關性，往往高於未平均前資料(每日瓦斯消耗量)的相關性。 平均數資料已整合了未平均前資料的離散情況。,31,複迴歸分析,32,複相關係數,變數 y 與預測變數 x1, x2, xp之間的相關係數稱為複相關係數。 預測變數之線性組合 a1x1+a2x2+apxp與變數 y 之相關係數。,33,複相關係數實例,大一微積分成績為 y，預測變數為聯考數學成績 x1與英文成績 x2。 大一微積分y，與聯考英數平均成績 x = (x1+ x2)/2 的相關係數。 大一微積分y，與聯考英數加權平均成績 x* = ax1+ bx2的相關係數。 求a, b 使得 corr(y, ax1+bx2)為最大。,34,複迴歸模式,變數 y 與預測變數 x1, x2之 n 組隨機資料為 yi, x1i, x2i, i =1, n 則複迴歸模式為 為隨機誤差服從常態 。 為三未知常數，可由隨機資料 yi, x1i, x2i, i =1, n 估計之。,35,迴歸方程式之估計,最小平方法即為 Normal Equations 之解: 令 分別為上列聯立方程組之解，則迴歸方程式為,36,複迴歸分析變異數分析表,則拒絕,37,複迴歸實例,會計事務所以十位會計師過去資料，利用迴歸直線預測 CPA 考試分數。資料如下:,38,相關分析,相關分析得,39,資料散佈圖(Score vs. GPA.),40,GPA對Score之簡單迴歸,41,資料散佈圖(Score vs. Exp.),42,Experience對Score之簡單迴歸,43,GPA 及 Exp 對 Score 之複迴歸,44,複迴歸之殘差分析,45,迴歸係數檢定,給定i，檢定 已在模式內時 是否還需要加入即檢定 檢定統計量為 ，其中 則拒絕 H0。 檢定 ，則檢定統計量為,46,迴歸信賴區間,bj 的 100(1-a)% 信賴區間為 在 x10, x20 情形下， 的 100(1-a)% 信賴區間為 其中,47,複判別係數,判別係數 k 增加則 SSE 減少，則 R2 增加 修正判別係數 k 增加則 SSE 減少，但 增加， 則 Adj R2 不一定增加,48,複判別係數與變數項目數k,49,指標變數,若考慮性別因素，令 x3為指標變數 x3=1 為男，x3=0 為女，則模式為 一般分類型資料若有 2k 類則以 k 個指標變數分析。 例：以 (x3, x4) = (0,0)為第一季，(0, 1)為第二季，(1, 0)為第三季，(1, 1)為第四季，即以 2 個指標變數代表四季。,50,Score vs. GPA散佈圖(by Sex),51,含指標變數之迴歸分析,52,含指標變數之迴歸方程式,男, sex=1,Score = 7.7+23.1GPA,女, sex=0,Score = -9.7+23.1GPA,迴歸方程式 Score = -9.7+23.1GPA+17.4Sex,53,含指標變數之迴歸殘差圖,54,含指標變數之複迴歸分析,55,含指標變數之複迴歸殘差圖,56,多項式迴歸模式,迴歸殘差圖顯示，殘差項仍為 x2的(二次)函數，故宜在模式上加入 項，即 一般多項式迴歸，則視需要加入 p 次項，模式為,57,多項式迴歸分析,58,多項式迴歸殘差圖,59,含指標變數之多項式迴歸分析,60,含指標變數多項式迴歸殘差圖,61,迴歸模式的選擇,模式一：複迴歸 模式二：含指標變數複迴歸 模式三：多項式迴歸 模式四：含指標變數多項式迴歸,62,迴歸模式的比較,63,迴歸理論的應用案例,兩迴歸線是否相等,64,共線性診斷,兩迴歸預測因子具高度相關時，可能會對迴歸模式有重大的影響。一般稱為共線性(multi-collinearity)問題。 共線性問題常用變異膨脹因子(variance inflation factor, 簡記為 VIF)的方法來偵測。,65,變異膨脹因子(VIF),迴歸模式各變數標準化後的新未知參數為 b*k 及 s *2。定義新迴歸係數 b*k 的最小平方