學年3.1《回歸分析》課時2課件

1、金太陽好教育云平臺金太陽好教育云平臺 3.13.1回歸分析的基本思想回歸分析的基本思想及其初步應用及其初步應用（第第二二課時課時） 1通過典型案例的探究，進一步了解回歸分析的基本思想、方法及其初步應用 2讓學生經歷數(shù)據(jù)處理的過程，培養(yǎng)他們對數(shù)據(jù)的直觀感覺，體會統(tǒng)計方法的特點，認識統(tǒng)計方法的應用，通過使用轉化后的數(shù)據(jù)，求相關指數(shù)，運用相關指數(shù)進行數(shù)據(jù)分析、處理的方法 3從實際問題中發(fā)現(xiàn)已有知識的不足，激發(fā)好奇心，求知欲，通過尋求有效的數(shù)據(jù)處理方法，開拓學生的思路，培養(yǎng)學生的探索精神和轉化能力，通過案例的分析使學生了解回歸分析在實際生活中的應用，增強數(shù)學取之生活，用于生活的意識，提高學習興趣 本節(jié)

2、課通過例題線性相關關系知識，通過實際問題中發(fā)現(xiàn)已有知識的不足，引導學生尋找解決非線性回歸問題思想與方法，培養(yǎng)學生化歸數(shù)學思想。通過知識的整理，通過例題講解掌握解決非線性回歸問題。 本節(jié)內容學生內容不易掌握，通過知識整理與比較引導學生進行區(qū)分、理解。通過對典型案例的探究，練習進行鞏固解決非線性回歸基本思想方法及初步應用建立回歸模型的基本步驟建立回歸模型的基本步驟(1)確定研究對象，明確哪個變量是解釋變量，哪個變量是預報變量(2)畫出確定好的解釋變量和預報變量的散點圖，觀察它們之間的關系(如是否存在線性關系等)(3)由經驗確定回歸方程的類型(如我們觀察到數(shù)據(jù)呈線性關系，則選用線性回歸方程)(4)按

3、一定規(guī)則(如最小二乘法)估計回歸方程中的參數(shù)(5)得出結果后分析殘差圖是否有異常(如個別數(shù)據(jù)對應殘差過大，或殘差呈現(xiàn)不隨機的規(guī)律性等)若存在異常，則檢查數(shù)據(jù)是否有誤，或模型是否合適等(6)參數(shù)R2與相關系數(shù)r提示:它們都是刻畫兩個變量之間的的相關關系的,區(qū)別是R2表示解釋變量對預報變量變化的貢獻率,其表達式為R2=1- ;相關系數(shù)r是檢驗兩個變量相關性的強弱程度,其表達式為 n2iii 1n2ii 1yyyy$nniii ii 1i 1nnnn222222iiiii 1i 1i 1i 1x x y yxy nx yr.x xy y( xnx)( yny)（7）相關系數(shù)r與R2(1)R2是相關系

4、數(shù)的平方,其變化范圍為0,1,而相關系數(shù)的變化范圍為-1,1.(2)相關系數(shù)可較好地反映變量的相關性及正相關或負相關,而R2反映了回歸模型擬合數(shù)據(jù)的效果.(3)當|r|接近于1時說明兩變量的相關性較強,當|r|接近于0時說明兩變量的相關性較弱,而當R2接近于1時,說明線性回歸方程的擬合效果較好.31表325115662421117/y35322927252321C/0個個產卵數(shù)產卵數(shù)溫度溫度例：一只紅鈴蟲產卵數(shù)y和溫度x有關，現(xiàn)收集到的一組數(shù)據(jù)如下表1-3表，試建立y與x之間的回歸方程。畫出確定好的解釋變量和預報變量的散點圖，觀察它們之間的關系（1）是否存在線性關系？（2）散點圖具有哪種函數(shù)特

5、征？（3）以指數(shù)函數(shù)模型為例，如何設模型函數(shù)？非線性關系非線性關系指數(shù)函數(shù)、二次函數(shù)、三次函數(shù)指數(shù)函數(shù)、二次函數(shù)、三次函數(shù)41 . 1圖溫度溫度產卵數(shù)產卵數(shù) .,abxy線性回歸方程線性回歸方程我們稱之為非我們稱之為非時時當回歸方程不是形如當回歸方程不是形如cc21設指數(shù)函數(shù)曲線 其中 和 是待定參數(shù)。ecyxc12我們可以通過對數(shù)變換把指數(shù)關系變?yōu)榫€性關系()這樣就可以利用線性回歸模型來建立z 與x回歸模型，進而找到y(tǒng)與x的非線性回歸方程。*則變換后樣本點分布在直線的周圍。令)cb,clna(abxz21=+=ylnz =現(xiàn)在問題變?yōu)槿绾喂烙嫶▍?shù) 和 ？cc21非線性回歸模型非線性回歸模

6、型.,51 . 1.4151 . 1用線性回歸方程來擬合因此可以一條直線的附近變換后的樣本點分布在看出中可以從圖中數(shù)據(jù)的散點圖給出了表784.5745.4190.4178.3045.3398.2946.1z35322927252321x41表產卵數(shù)的對數(shù)溫度51 . 1圖.843. 3272. 041xz到線性回歸方程中的數(shù)據(jù)得由表圖的樣本數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)可以得到變換后由表, 4131(6)ey0.272x-3.843(1)325115662421117y12251024841729625529441t51表另一方面,可以認為圖11-4中樣本點集中在某二次曲線因此可以對溫度變量做變換,即令 然后建

7、立y與t之間的線性回歸方程，從而得到y(tǒng)與x之間的排線性回歸方程。,2xt 的附近,其中 和 為待定參數(shù).43cc423cxcy表1-5是紅鈴蟲的產卵數(shù)和對應的溫度的平方，圖1.1-6是相應的散點圖.,61 . 1423下面介紹具體方法到還可以通過殘差分析得這個結論之間的關系與來擬合二次曲線即不宜用合它回歸方程來擬此不宜用線性因直線的周圍不分布在一條的散點圖并與可以看出中從圖xycxcyty溫度的平方數(shù)卵產61 . 1圖中用線性回歸模型擬合表的二次回歸方程關于下面建立的指數(shù)回歸方程關于前面已經建立了方程歸需要建立兩個相應的回殘差為比較兩個不同模型的51.,.,xyxy 7.54.202x367.

8、0y xy,54.202t367.0y ty,222的二次回歸方程為關于即的線性回歸方程關于得到的數(shù)據(jù) 的殘差計算公式分別為和則回歸方程列的數(shù)據(jù)行第第表示表用的擬合效果和個回歸方程可以通過殘差來比較兩76,1151.76ixi ; 7 , 2 , 1i ,eyy ye 843.3x272.0i1ii1i .7 , 2 , 1i ,54.202x367.0yy ye 2ii2ii2i .76,76.61的擬合效果好型的擬合效果比模因此模型的殘差的絕對值小模型的殘差的絕對值顯然比模型從表中的數(shù)據(jù)可以看出殘差的兩個回歸方程的給出了原始數(shù)據(jù)及相應表 965.77268.58107.4041003835

9、.5397.19693.47e 928.32153.14889.8149.9760.1617.0518.0e 325115662421117y35322927252321x2161表 .76.432.15448,673.14507661.,.,.,21型的擬合效果遠遠優(yōu)于模因此模型的殘差平方和分別為和算出模型容易由表擬合的效果越好殘差平方和越小的模型合效果的大小來判斷模型的擬兩個模型的殘差平方和這時可以通過比較則相反而另一些樣本點的情況的小型差的絕對值比另一個模的殘某些樣本點上一個模型原因是在較困難比較兩個模型的殘差比在一般情況下QQ ,b, xgya, xfy21和和對于給定的樣本點 ,兩個

10、含有未知數(shù)的模型 1122,nnxyxyxy其中a和b都是未知參數(shù),可以按如下的步驟來比較它們的擬合效果. .ba 其中 和 分別是參數(shù)a、b的估計值（1）分別建立對應于兩個模型的回歸方程 ,b, xgy 2 a , xfy 1 ;y yQn1i22ii2 Q1 y yn1i21ii與（2）分別計算兩個回歸方程的殘差平方和 .b, xgy a , xfy ,;b, xgy a , xfy ,QQ212121的好的效果不如反之的好的效果比則（3）若非線性回歸問題的處理方法(1)兩個變量不呈線性關系,不能直接利用線性回歸方程建立兩個變量的關系,可以通過變換的方法轉化為線性回歸模型,如y= ,我們可

11、以通過對數(shù)變換把指數(shù)關系變?yōu)榫€性關系.令z=lny,則變換后樣本點應該分布在直線z=bx+a(a=lnc1,b=c2)的周圍.2c x1ce(2)非線性回歸方程的求法根據(jù)原始數(shù)據(jù)(x,y)作出散點圖;根據(jù)散點圖,選擇恰當?shù)臄M合函數(shù);作恰當?shù)淖儞Q,將其轉化成線性函數(shù),求線性回歸方程;在的基礎上通過相應的變換,即可得非線性回歸方程.(3)非線性相關問題中常見的幾種線性變換在實際問題中,常常要根據(jù)一批實驗數(shù)據(jù)繪出曲線,當曲線類型不具備線性相關關系時,可以根據(jù)散點分布的形狀與已知函數(shù)的圖象進行比較,確定曲線的類型,再作變量替換,將曲線改為直線.下面是幾種容易通過變量替換轉化為直線的函數(shù)模型:y=a+

12、,y=a+ ,令令t= t= ，則有，則有y=y=a+bta+bt；y=y=axaxb b，令，令z=ln yz=ln y，t=ln xt=ln x，m=ln am=ln a，則有，則有z=z=m+btm+bt；y=y=aeaebxbx，令，令z=ln yz=ln y，m=ln a,m=ln a,則有則有z=z=m+btm+bt；y= ,y= ,令令z=ln z=ln y,ty,t= = ，m=ln am=ln a，則有，則有z=z=m+btm+bt；y=y=a+blna+bln x x，令，令t=ln xt=ln x，則有，則有z=z=a+bta+bt；y=bxy=bx2 2+a,+a,令令t=xt=x2 2，則有，則有y=y=bt+abt+a. .bx1xbxae1x例例 某種食品每公斤的生產成本y(元)與該食品生產的重量x(公斤)有關，經生產統(tǒng)計得到以下數(shù)據(jù)：x123510203050100200y10.155.524.082.852.11 1.621.411.301.211.15通過以上數(shù)據(jù)判斷該食品的成本y(元)與生產的重量x(公斤)的倒數(shù)1/x之間是否具有線性相關關系？若有，求出y關于1/x的回歸直線方程，并借此估計一下生產該食品500公斤時每公斤的生產成本是多少？(精確到0.01) 于是 y 與1x的回歸方程為y