多元統(tǒng)計課程設(shè)計

1、成 績 評 定 表學生姓名焦亞慶班級學號1109030111專 業(yè)統(tǒng)計學課程設(shè)計題目各行業(yè)指標的聚類分析評語組長簽字：成績?nèi)掌?20 年 月 日課程設(shè)計任務(wù)書學 院理學院專 業(yè)統(tǒng)計學學生姓名焦亞慶班級學號1109030111課程設(shè)計題目各行業(yè)指標的聚類分析實踐教學要求與任務(wù):通過該課程設(shè)計，使學生進一步理解多元統(tǒng)計分析的基本概念、理論和方法；初步掌握SPSS統(tǒng)計軟件作常見的多元統(tǒng)計檢驗和多元統(tǒng)計分析；掌握典型的多元統(tǒng)計分析方法，使教材中的理論能應(yīng)用到實踐。1數(shù)據(jù)整理：收集數(shù)據(jù)，錄入數(shù)據(jù)。2分類模型：判別分析中距離判別法、費希爾判別法、貝葉斯判別法的應(yīng)用，以最優(yōu)的性質(zhì)對P維空間構(gòu)造一個“劃分”，

2、給出判別函數(shù)，判斷新樣品的歸屬。聚類分析中系統(tǒng)聚類法、K均值聚類法的應(yīng)用，對樣品或變量進行量化分類。3降維模型：主成分分析在保留原數(shù)據(jù)的大部分信息的基礎(chǔ)上，提取較少的主成分代替較多的變量，克服多變量中信息重疊，降低數(shù)據(jù)維數(shù)。因子分析中提取因子載荷陣，得到表示原始變量基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的公共因子，簡化數(shù)據(jù)。4.各模型結(jié)果的分析解釋，并應(yīng)用于實際問題。工作計劃與進度安排:周四58節(jié)：選題，設(shè)計解決問題方法周五58節(jié)：SPSS應(yīng)用，完成論文，答辯指導(dǎo)教師： 201 年 月 日專業(yè)負責人：201 年 月 日學院教學副院長：201 年 月 日摘 要聚類分析在應(yīng)用多元統(tǒng)計分析中是很重要的一部分，是根據(jù)研究對象的

3、特征按照一定標準對研究對象進行分類的一種分析方法，它使組內(nèi)的數(shù)據(jù)對象具有最高的相似度，而組間具有較大的差異。聚類分析可以在沒有先驗分類的情況下通過觀察對數(shù)據(jù)進行分類，在科學研究和實際的生產(chǎn)實踐中都具有廣泛的應(yīng)用，SPSS的分類過程可以使用用戶方便地實現(xiàn)聚類分析。聚類分析有很多種方法，常見的主要有系統(tǒng)聚類法、K-均值聚類法、二階聚類法等等。通過對聚類分析的學習，可以將實際問題轉(zhuǎn)化為應(yīng)用多元統(tǒng)計分析的具體問題，運用聚類分析的知識，熟練運用聚類分析軟件命令，利用SPSS實現(xiàn)對問題的分類和解讀，達到分類的真實效果。本文運用了系統(tǒng)聚類和K均值聚類的方法，將2007年我國各行業(yè)的情況進行聚類分類，且在分類

4、中充分考慮各指標間的關(guān)系，使分類達到了很好的效果。通過SPSS對取得的數(shù)據(jù)進行分析，可以將各行業(yè)的情況情況分成6到8類，鮮明形象的體現(xiàn)了聚類分析的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞 聚類分析 系統(tǒng)聚類 K-均值聚類 SPSS 目 錄一 設(shè)計目的1二 問題描述1三 問題解決3 四 結(jié)果比較16總 結(jié).17參考文獻.18一 設(shè)計目的了解聚類分析，學會應(yīng)用SPSS軟件進行不同方法的聚類分析。同時更好的了解應(yīng)用多元統(tǒng)計分析的知識，熟練掌握聚類分析在實際問題上的應(yīng)用，并將所學的知識結(jié)合SPSS對數(shù)據(jù)的處理解決實際問題。本設(shè)計是利用SPSS軟件對2007年我國各行業(yè)的情況進行聚類分類。二 問題描述下表給出了2007年我國各行業(yè)

5、的工業(yè)總產(chǎn)值、工業(yè)增加值、資產(chǎn)總計、流動資產(chǎn)總計、流動資產(chǎn)年平均余額、負債合計、流動負債合計、主營業(yè)務(wù)收入、主營業(yè)務(wù)成本、利潤總額，試對下表進行聚類分類，以了解2007年我國各行業(yè)的情況。行 業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值工業(yè)增加值資產(chǎn)總計流動資產(chǎn)總計流動資產(chǎn)年平均余額負債合計流動負債合計主營業(yè)務(wù)收入主營業(yè)務(wù)成本利潤總額煤炭開采和洗選業(yè)石油和天然氣開采業(yè)黑色金屬礦采選業(yè)有色金屬礦采選業(yè)非金屬礦采選業(yè)其他采礦業(yè)農(nóng)副食品加工業(yè)食品制造業(yè)飲料制造業(yè)煙草制品業(yè)紡織業(yè)紡織服裝、鞋、帽制造業(yè)皮革、毛皮、羽毛(絨)及其制品業(yè)木材加工及木、竹、藤、棕、家具制造業(yè)造紙及紙制品業(yè)印刷業(yè)和記錄媒介的復(fù)制文教體育用品制造業(yè)石油加工、煉

6、焦及核燃料加工業(yè)化學原料及化學制品制造業(yè)醫(yī)藥制造業(yè)化學纖維制造業(yè)橡膠制品業(yè)塑料制品業(yè)非金屬礦物制品業(yè)黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)金屬制品業(yè)通用設(shè)備制造業(yè)專用設(shè)備制造業(yè)交通運輸設(shè)備制造業(yè)電氣機械及器材制造業(yè)通信設(shè)備、計算機及其他儀器儀表及文化、辦公用工藝品及其他制造業(yè)廢棄資源和廢舊材料回收加工業(yè)電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)燃氣生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)三 問題解決1 數(shù)據(jù)錄入 首先定義變量視圖，然后將數(shù)據(jù)輸入。2 系統(tǒng)聚類法（1） 打開主對話框并完成設(shè)置：選擇“分析”-“分類”-“系統(tǒng)聚類”命令。打開“系統(tǒng)聚類分析”對話框。將名稱變量“行業(yè)”移入“標注個案”文本框中，同時將“工

7、業(yè)總產(chǎn)值”、“工業(yè)增加值”、“資產(chǎn)總計”、“流動資產(chǎn)總計”、“流動資產(chǎn)年平均余額”、“負債合計”、“流動負債合計”、“主營業(yè)務(wù)收入”、“主營業(yè)務(wù)成本”、“利潤總額”10個連續(xù)變量移入右邊“變量”列表框中。因為本案例是對樣本進行聚類，所以在“分群”中勾選“個案”，在“輸出”選項組中勾選“統(tǒng)計量”復(fù)選框和“圖”復(fù)選框。（2） 選擇統(tǒng)計量指標：單擊右上方的“統(tǒng)計量”按鈕，打開“系統(tǒng)聚類分析：統(tǒng)計量”對話框，勾選“合并進程表”復(fù)選框，在“聚類成員”選項組中選中“方案范圍”按鈕，在最小聚類數(shù)和最大聚類數(shù)文本框中分別輸入4和6。單擊繼續(xù)按鈕。（3） 輸出結(jié)果設(shè)置：單擊右上方的“繪制”按鈕，打開“系統(tǒng)聚類分

8、析：圖”對話框。勾選“樹狀圖”復(fù)選框，“冰柱”選項組和“方向”選項組采用系統(tǒng)默認選項。單擊“繼續(xù)”按鈕。單擊右上方的“保存”按鈕，打開“系統(tǒng)聚類分析：保存”對話框。在“聚類成員”選項組中選中“方案范圍”按鈕，在最小聚類數(shù)和最大聚類數(shù)文本框中分別輸入4和6。單擊繼續(xù)按鈕。（4） 最后單擊“確定”按鈕，執(zhí)行操作，輸出結(jié)果。22結(jié)果及結(jié)果分析（1） 案例處理匯總表 案例處理匯總表中介紹了參加聚類的案例個數(shù)和百分比等基本信息。案例處理匯總a案例有效缺失總計N百分比N百分比N百分比390.039a. 平均聯(lián)結(jié)（組之間）（2） 聚類狀態(tài)表聚類狀態(tài)表直觀的顯示了聚類分析過程中各階段所聚合的變量。其中第一列顯

9、示了聚類過程的步驟數(shù)，第二列和第三列顯示的是對應(yīng)的步驟中哪些變量進行了合并，第四列顯示了被合并的兩變量之間的距離，第五列和第六列顯示的是參與聚類的是樣本還是小類，0表示該樣本是第一次出現(xiàn)在聚類過程中，其他數(shù)值表示由相應(yīng)的步驟生成的小類，例如該表中第十一步第五列的5表示其對應(yīng)的小類17是由第五步聚類形成的。第七列表示本步驟類的結(jié)果下一次將在第幾步與其他類合并。平均聯(lián)結(jié)（組之間）聚類表階群集組合首次出現(xiàn)階群集群集 1群集 2系數(shù)群集 1群集 2下一階161000222601433839004423823185173400116518007745061289150015919330019101800

10、141117235012124177112313335001514113100201539138261621220020172029002118236402819161909222012114162521202517029221416019252343712026242430002725114202234263415232827122402434282318263529203221032302728003131273130036322026290333372003236341122527353512342838367273331373771136038381735370（3） 群集成員表 由于

11、在操作過程中將聚類的方案范圍設(shè)置了最小聚類數(shù)為4，最大聚類數(shù)為6，所以該表給出了在類別數(shù)分別為6，5，4時樣本的類別歸屬情況?？梢越Y(jié)合后面的樹狀圖及研究目的，確定具體的較為合理的類別數(shù)與成員歸屬。群集成員案例6 群集5 群集4 群集1:煤炭開采和洗選業(yè) 1112:石油和天然氣開采業(yè) 2213:黑色金屬礦采選業(yè) 2214:有色金屬礦采選業(yè) 2215:非金屬礦采選業(yè) 2216:其他采礦業(yè) 2217:農(nóng)副食品加工業(yè) 3328:食品制造業(yè) 1119:飲料制造業(yè) 22110:煙草制品業(yè) 22111:紡織業(yè) 44312:紡織服裝、鞋、帽制造業(yè) 51113:皮革、毛皮、羽毛(絨)及其制品業(yè)11114:木材加

12、工及木、竹、藤、棕、 11115:家具制造業(yè) 22116:造紙及紙制品業(yè) 11117:印刷業(yè)和記錄媒介的復(fù)制 22118:文教體育用品制造業(yè) 22119:石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè) 11120:化學原料及化學制品制造業(yè) 33221:醫(yī)藥制造業(yè) 11122:化學纖維制造業(yè) 11123:橡膠制品業(yè) 22124:塑料制品業(yè) 51125:非金屬礦物制品業(yè) 33226:黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè) 33227:有色金屬冶煉及壓延加工業(yè) 65428:金屬制品業(yè) 65429:通用設(shè)備制造業(yè) 33230:專用設(shè)備制造業(yè) 51131:交通運輸設(shè)備制造業(yè) 65432:電氣機械及器材制造業(yè) 33233:通信設(shè)備、計算

13、機及其他 11134:儀器儀表及文化、辦公用 22135:工藝品及其他制造業(yè) 22136:廢棄資源和廢舊材料回收加工業(yè) 22137:電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 22138:燃氣生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 22139:水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 221（4）垂直冰狀圖 如圖所示為樣本之間通過組間連接法聚成的各類之間的垂直冰狀圖。圖中的列代表各個案，行代表聚類的步數(shù)。每兩個個案之間都有一個冰柱，該冰柱表示兩個案之間的關(guān)系或距離，冰柱圖的讀取時從下往上看的。從圖中可以看到個案6和個案10之間的冰柱到了最低端，沒有空白，說明兩者距離最近，最先聚為一類。這也和聚累狀態(tài)表中第一次聚類也是一致的。其次是個案2和個案6之間距離最近，實

14、現(xiàn)了第二次聚類，其他依此類推。（5） 樹狀圖 樹狀圖可以非常直觀地反應(yīng)聚類過程及樣本間的層次關(guān)系。從該圖中可以看出，樣本聚為5類較為合適的。如果聚為5類，煤炭開采和洗選業(yè)，食品制造業(yè)，紡織服裝、鞋、帽制造業(yè)，皮革、毛皮、羽毛(絨)及其制品業(yè)，木材加工及木、竹、藤、棕，造紙及紙制品業(yè)，石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)，醫(yī)藥制造業(yè)，化學纖維制造業(yè)，塑料制品業(yè)，專用設(shè)備制造業(yè)和通信設(shè)備、計算機及其他聚為一類；農(nóng)副食品加工業(yè)，化學原料及化學制品制造業(yè)，非金屬礦物制品業(yè)，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)，通用設(shè)備制造業(yè)和電氣機械及器材制造業(yè)聚為一類；紡織業(yè)聚為一類；有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)，金屬制品業(yè)和交通運輸設(shè)備

15、制造業(yè)聚為一類；其它行業(yè)聚為一類。* * * * * * * * * * * * * * * * * * * H I E R A R C H I C A L C L U S T E R A N A L Y S I S * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Dendrogram using Average Linkage (Between Groups) Rescaled Distance Cluster Combine C A S E 0 5 10 15 20 25 Label Num +-+-+-+-+-+ 其他采礦業(yè) 6 -+ 煙草制品業(yè) 10 -+

16、石油和天然氣開采業(yè) 2 -+ 燃氣生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 38 -+ 水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 39 -+ 廢棄資源和廢舊材料回收加工業(yè) 36 -+ 飲料制造業(yè) 9 -+-+ 家具制造業(yè) 15 -+ | 黑色金屬礦采選業(yè) 3 -+ | 工藝品及其他制造業(yè) 35 -+ | 非金屬礦采選業(yè) 5 -+ | 文教體育用品制造業(yè) 18 -+ | 有色金屬礦采選業(yè) 4 -+ | 印刷業(yè)和記錄媒介的復(fù)制 17 -+ | 儀器儀表及文化、辦公用 34 -+ | 橡膠制品業(yè) 23 -+ +-+ 電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 37 -+ | | 煤炭開采和洗選業(yè) 1 -+ | | 食品制造業(yè) 8 -+ | | 皮革、毛皮、羽毛(絨)及

17、其制品業(yè) 13 -+ | | 醫(yī)藥制造業(yè) 21 -+ | | 化學纖維制造業(yè) 22 -+-+ | | 石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè) 19 -+ | | | 通信設(shè)備、計算機及其他 33 -+ | | | 造紙及紙制品業(yè) 16 -+ +-+ | 木材加工及木、竹、藤、棕、 14 -+ | | 塑料制品業(yè) 24 -+ | | 專用設(shè)備制造業(yè) 30 -+-+ | 紡織服裝、鞋、帽制造業(yè) 12 -+ | 有色金屬冶煉及壓延加工業(yè) 27 -+ | 金屬制品業(yè) 28 -+-+ | 交通運輸設(shè)備制造業(yè) 31 -+ | | 化學原料及化學制品制造業(yè) 20 -+ | | 通用設(shè)備制造業(yè) 29 -+ +-+ |

18、非金屬礦物制品業(yè) 25 -+ | | | 電氣機械及器材制造業(yè) 32 -+-+ | +-+ 黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè) 26 -+ +-+ | 農(nóng)副食品加工業(yè) 7 -+ | 紡織業(yè) 11 -+（6） 回到SPSS數(shù)據(jù)視圖，可以看到后面多了三列數(shù)據(jù)，依次為聚為六類、五類和四類的行業(yè)歸屬情況。行業(yè)CLU6_1CLU5_1CLU4_1煤炭開采和洗選業(yè)111石油和天然氣開采業(yè)221黑色金屬礦采選業(yè)221有色金屬礦采選業(yè)221非金屬礦采選業(yè)221其他采礦業(yè)221農(nóng)副食品加工業(yè)332食品制造業(yè)111飲料制造業(yè)221煙草制品業(yè)221紡織業(yè)443紡織服裝、鞋、帽制造業(yè)511皮革、毛皮、羽毛(絨)及其制品業(yè)111

19、木材加工及木、竹、藤、棕111家具制造業(yè)221造紙及紙制品業(yè)111印刷業(yè)和記錄媒介的復(fù)制221文教體育用品制造業(yè)221石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)111化學原料及化學制品制造業(yè)332醫(yī)藥制造業(yè)111化學纖維制造業(yè)111橡膠制品業(yè)221塑料制品業(yè)511非金屬礦物制品業(yè)332黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)332有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)654金屬制品業(yè)654通用設(shè)備制造業(yè)332專用設(shè)備制造業(yè)511交通運輸設(shè)備制造業(yè)654電氣機械及器材制造業(yè)332通信設(shè)備、計算機及其他111儀器儀表及文化、辦公用221工藝品及其他制造業(yè)221廢棄資源和廢舊材料回收加工業(yè)221電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)221燃氣生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)2

20、21水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)2213 K-均值聚類（1） 打開主對話框并完成設(shè)置：選擇“分析”-“分類”-“K-均值聚類”命令。打開“K-均值聚類”對話框。將名稱變量“行業(yè)”移入“個案標記依據(jù)”文本框中，同時將“工業(yè)總產(chǎn)值”、“工業(yè)增加值”、“資產(chǎn)總計”、“流動資產(chǎn)總計”、“流動資產(chǎn)年平均余額”、“負債合計”、“流動負債合計”、“主營業(yè)務(wù)收入”、“主營業(yè)務(wù)成本”、“利潤總額”10個連續(xù)變量移入右邊“變量”列表框中，“聚類數(shù)”本例中設(shè)為6，“方法”選項組中采用默認的“迭代與分類”選項。（2） 輸出結(jié)果設(shè)置：單擊圖右上方的“保存”按鈕，打開“K-Means群集：保存新變量”對話框，勾選“聚類成員”和“與聚

21、類中心的距離”復(fù)選框，單擊繼續(xù)。（3） 選擇統(tǒng)計量指標：單擊圖右上方的“選項”按鈕，打開“K均值聚類分析:選項”對話框。勾選“初始聚類中心”和“每個個案的聚類信息”。缺失值處理方式使用系統(tǒng)默認選項。（4） 單擊“確定”按鈕，執(zhí)行操作，輸出結(jié)果。（1） 初始類中心如表所示為初始類中心表，由于指定聚類數(shù)為6，所以表中給出了6個初始類中心點。因為是初始聚類中心，在后面的迭代過程中類中心會發(fā)生調(diào)整。初始聚類中心聚類123456工業(yè)總產(chǎn)值.47工業(yè)增加值.13資產(chǎn)總計流動資產(chǎn)總計.88利潤總額.02主營業(yè)務(wù)成本.35主營業(yè)務(wù)收入.43負債合計.62流動資產(chǎn)年平均余額.75流動負債合計.18(2) 迭代歷

22、史記錄表給出了聚類分析所經(jīng)歷的迭代過程，從中可以看出，聚類分析過程經(jīng)過了4次迭代。其中聚類中心前兩次變化較大，最后一次迭代類中心位置沒有變化，表示迭代完成。迭代歷史記錄a迭代聚類中心內(nèi)的更改1234561.0002.000.0003.000.000.000.0004.000.000.000.000.000.000a. 由于聚類中心內(nèi)沒有改動或改動較小而達到收斂。任何中心的最大絕對坐標更改為 .000。當前迭代為 4。初始中心間的最小距離為 2701.669。（3） 表給出了經(jīng)過迭代后最終各類中的成員信息，包括各個成員所屬的類別及與其類中心點之間的距離。其中的“聚類”和“距離”兩變量自動保存在了

23、數(shù)據(jù)文件中。聚類成員案例號行 業(yè)聚類距離1煤炭開采和洗選業(yè) 22石油和天然氣開采業(yè) 63黑色金屬礦采選業(yè) 24有色金屬礦采選業(yè) 65非金屬礦采選業(yè) 66其他采礦業(yè) 67農(nóng)副食品加工業(yè) 48食品制造業(yè) 29飲料制造業(yè) 610煙草制品業(yè) 611紡織業(yè) 3.00012紡織服裝、鞋、帽制造業(yè) 213皮革、毛皮、羽毛(絨)及其制品業(yè)214木材加工及木、竹、藤、棕、 215家具制造業(yè) 616造紙及紙制品業(yè) 217印刷業(yè)和記錄媒介的復(fù)制 618文教體育用品制造業(yè) 619石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè) 220化學原料及化學制品制造業(yè) 421醫(yī)藥制造業(yè) 222化學纖維制造業(yè) 223橡膠制品業(yè) 624塑料制品業(yè) 1

24、25非金屬礦物制品業(yè) 426黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè) 5.00027有色金屬冶煉及壓延加工業(yè) 128金屬制品業(yè) 129通用設(shè)備制造業(yè) 430專用設(shè)備制造業(yè) 231交通運輸設(shè)備制造業(yè) 132電氣機械及器材制造業(yè) 433通信設(shè)備、計算機及其他 234儀器儀表及文化、辦公用 635工藝品及其他制造業(yè) 236廢棄資源和廢舊材料回收加工業(yè) 637電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 638燃氣生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 639水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè) 6（4） 最終聚類中心表顯示的是經(jīng)過調(diào)整后的最終聚類中心坐標，可以看出與初始類中心相比發(fā)生了很大的變化。說明聚類過程中初始類中心坐標進行了調(diào)整。最終聚類中心聚類123456工業(yè)總產(chǎn)值工業(yè)增

25、加值資產(chǎn)總計流動資產(chǎn)總計利潤總額主營業(yè)務(wù)成本主營業(yè)務(wù)收入負債合計流動資產(chǎn)年平均余額流動負債合計（5） 最終類中心間的距離 表所示為最終類中心間的距離，從中可以看出，1類和2類中心點坐標之間的距離為，1類和3類中心點坐標之間的距離為。其它中心點間的距離也依此比較。最終聚類中心間的距離聚類123456123456（6）每個聚類中的案例數(shù)目 表給出了每個聚類中的案例數(shù)目，類別1中的案例數(shù)為4個，類別2中的案例數(shù)為13個，類別3中的案例數(shù)為1個，類別4中的案例數(shù)為5個，類別5中的案例數(shù)為1個，類別6中的案例數(shù)為15個。有效個案數(shù)為39個，無缺失值。每個聚類中的案例數(shù)聚類123456有效缺失.000（7）回到數(shù)據(jù)視圖，在數(shù)據(jù)視圖的后面多了兩列，一列為分類歸屬情況，另一列為樣本到類中心的距離。行業(yè)QCL_3QCL_4煤炭開采和洗選業(yè)2石油和天然氣開采業(yè)6黑色金屬礦采選業(yè)2有色金屬礦采選業(yè)6非金屬礦采選業(yè)6