Logistic回归模型基本知识
logistic回归的模型公式
logistic回归的模型公式Logistic回归模型是一种经典的统计学习方法，用于解决二分类问题。
它通过建立一个逻辑回归方程，预测某个样本属于某一类别的概率。
本文将介绍Logistic回归模型的原理和应用，并探讨其优缺点。
一、Logistic回归模型的原理Logistic回归模型是建立在线性回归模型的基础上，通过引入一个非线性函数（称为Logistic函数或Sigmoid函数）将线性回归的输出结果转化为概率值。
Logistic函数的数学表达式为：f(x) = 1 / (1 + e^(-x))，其中e为自然对数的底。
该函数的特点是输出值在0和1之间，可以用来表示某个事件发生的概率。
在Logistic回归模型中，假设有n个自变量（特征）x1,x2,...,xn，对应的回归系数为β1,β2,...,βn。
模型的方程可以表示为：P(y=1|x) = f(β0 + β1x1 + β2x2 + ... + βnxn)，其中P(y=1|x)表示样本属于正例的概率。
为了估计回归系数，通常采用最大似然估计方法。
具体来说，我们希望通过最大化似然函数来找到最优的回归系数，使得模型对观测数据的拟合度最高。
然后，利用估计得到的回归系数，我们可以对新的样本进行预测，并给出其属于正例的概率。
二、Logistic回归模型的应用Logistic回归模型有广泛的应用领域，尤其在医学、金融、市场营销等领域中得到了广泛的应用。
在医学领域，Logistic回归模型常用于疾病风险预测和诊断模型的建立。
例如，可以利用患者的年龄、性别、血压等特征来预测患者患某种疾病的风险。
在金融领域，Logistic回归模型可以用于信用评分和违约预测。
银行可以根据客户的个人信息和历史信用记录，利用Logistic回归模型来评估客户的信用风险，并据此决定是否给予贷款。
在市场营销领域，Logistic回归模型可以用于客户分类和市场细分。
根据客户的购买行为、兴趣爱好等特征，可以预测客户对某种产品或服务的购买概率，进而制定相应的市场营销策略。
统计学中的Logistic回归分析
统计学中的Logistic回归分析Logistic回归是一种常用的统计学方法，用于建立并探索自变量与二分类因变量之间的关系。
它在医学、社会科学、市场营销等领域得到广泛应用，能够帮助研究者理解和预测特定事件发生的概率。
本文将介绍Logistic回归的基本原理、应用领域以及模型评估方法。
一、Logistic回归的基本原理Logistic回归是一种广义线性回归模型，通过对数据的处理，将线性回归模型的预测结果转化为概率值。
其基本原理在于将一个线性函数与一个非线性函数进行组合，以适应因变量概率为S形曲线的特性。
该非线性函数被称为logit函数，可以将概率转化为对数几率。
Logistic回归模型的表达式如下：\[P(Y=1|X) = \frac{1}{1+e^{-(\beta_0+\beta_1X_1+...+\beta_pX_p)}}\]其中，P(Y=1|X)表示在给定自变量X的条件下，因变量为1的概率。
而\(\beta_0\)、\(\beta_1\)、...\(\beta_p\)则是待估计的参数。
二、Logistic回归的应用领域1. 医学领域Logistic回归在医学领域中具有重要的应用。
例如，研究者可以使用Logistic回归分析，探索某种疾病与一系列潜在风险因素之间的关系。
通过对患病和非患病个体的数据进行回归分析，可以估计各个风险因素对疾病患病的影响程度，进而预测某个个体患病的概率。
2. 社会科学领域在社会科学研究中，研究者常常使用Logistic回归来探索特定变量对于某种行为、态度或事件发生的影响程度。
例如，研究者可能想要了解不同性别、教育程度、收入水平对于选民投票行为的影响。
通过Logistic回归分析，可以对不同自变量对于投票行为的作用进行量化，进而预测某个选民投票候选人的概率。
3. 市场营销领域在市场营销中，Logistic回归也被广泛应用于客户分类、市场细分以及产品销量预测等方面。
通过分析客户的个人特征、购买习惯和消费行为等因素，可以建立Logistic回归模型，预测不同客户购买某一产品的概率，以便制定个性化的市场营销策略。
Logistic回归模型
Logistic 回归模型1 Logistic 回归模型的基本知识 1.1 Logistic 模型简介主要应用在研究某些现象发生的概率p ，比如股票涨还是跌，公司成功或失败的概率，以及讨论概率p 与那些因素有关。
显然作为概率值，一定有10≤≤p ，因此很难用线性模型描述概率p 与自变量的关系，另外如果p 接近两个极端值，此时一般方法难以较好地反映p 的微小变化。
为此在构建p 与自变量关系的模型时，变换一下思路，不直接研究p ，而是研究p 的一个严格单调函数)(p G ，并要求)(p G 在p 接近两端值时对其微小变化很敏感。
于是Logit 变换被提出来：ppp Logit -=1ln)( （1）其中当p 从10→时，)(p Logit 从+∞→∞-，这个变化范围在模型数据处理上带来很大的方便，解决了上述面临的难题。
另外从函数的变形可得如下等价的公式：XT X T T eep X ppp Logit βββ+=⇒=-=11ln)( （2）模型(2)的基本要求是，因变量（y ）是个二元变量，仅取0或1两个值，而因变量取1的概率)|1(X y P =就是模型要研究的对象。
而T k x x x X ),,,,1(21 =，其中i x 表示影响y 的第i 个因素，它可以是定性变量也可以是定量变量，Tk ),,,(10ββββ =。
为此模型(2)可以表述成：kx k x kxk x k k ee p x x p p βββββββββ+++++++=⇒+++=- 11011011011ln （3）显然p y E =)(，故上述模型表明)(1)(ln y E y E -是k x x x ,,,21 的线性函数。
此时我们称满足上面条件的回归方程为Logistic 线性回归。
Logistic 线性回归的主要问题是不能用普通的回归方式来分析模型，一方面离散变量的误差形式服从伯努利分布而非正态分布，即没有正态性假设前提；二是二值变量方差不是常数，有异方差性。
Logistic回归模型基本知识
Logistic 回归模型1 Logistic 回归模型的基本知识 1.1 Logistic 模型简介主要应用在研究某些现象发生的概率p ，比如股票涨还是跌，公司成功或失败的概率，以及讨论概率p 与那些因素有关。
显然作为概率值，一定有10≤≤p ，因此很难用线性模型描述概率p 与自变量的关系，另外如果p 接近两个极端值，此时一般方法难以较好地反映p 的微小变化。
为此在构建p 与自变量关系的模型时，变换一下思路，不直接研究p ，而是研究p 的一个严格单调函数)(p G ，并要求)(p G 在p 接近两端值时对其微小变化很敏感。
于是Logit 变换被提出来：ppp Logit -=1ln)( （1）其中当p 从10→时，)(p Logit 从+∞→∞-，这个变化范围在模型数据处理上带来很大的方便，解决了上述面临的难题。
另外从函数的变形可得如下等价的公式：XT XT T ee p Xppp Logit βββ+=⇒=-=11ln )( （2）模型(2)的基本要求是，因变量（y ）是个二元变量，仅取0或1两个值，而因变量取1的概率)|1(X y P =就是模型要研究的对象。
而Tk x x x X ),,,,1(21 =，其中i x 表示影响y 的第i 个因素，它可以是定性变量也可以是定量变量，Tk ),,,(10ββββ =。
为此模型(2)可以表述成：kx k x k x k x kk eep x x pp βββββββββ+++++++=⇒+++=- 11011011011ln （3）显然p y E =)(，故上述模型表明)(1)(lny E y E -是k x x x ,,,21 的线性函数。
此时我们称满足上面条件的回归方程为Logistic 线性回归。
Logistic 线性回归的主要问题是不能用普通的回归方式来分析模型，一方面离散变量的误差形式服从伯努利分布而非正态分布，即没有正态性假设前提；二是二值变量方差不是常数，有异方差性。
logistic回归基本概念
逻辑回归是一种广泛使用的统计工具，其核心在于利用多维特征对结果进行建模。
它是机器学习中的一个重要组成部分，常被用于金融预测、市场营销以及健康保险理赔等。
与决策树等其他算法相比，逻辑回归具有更强的可解释性，能够清晰地揭示各个特征对结果的影响。
逻辑回归基于一组输入变量（也称为特征或自变量），通过训练数据集估计出一条或几条直线，以此为基础对新的样本进行分类或预测。
这种算法具有直观、简洁和可解释性强的优点，而且适合处理各种数据类型，无论是连续的还是离散的。
在逻辑回归中，因变量通常是二分类的，例如“是否购买某商品”或“是否患某种疾病”。
通过训练数据集，模型可以学习到各个特征与这个二分类因变量之间的关联。
这种关联被表示为权重，它们揭示了每个特征对结果的贡献程度。
通过这些权重，我们不仅能了解各个特征的重要性，还能根据新样本的特征预测其属于正类（通常记为1）或负类（通常记为0）的概率。
逻辑回归在许多领域都有广泛的应用。
例如，在金融领域，它被用来预测客户是否可能违约；在医疗领域，它被用来预测患者患某种疾病的风险；在市场营销领域，它被用来预测消费者是否可能购买某产品。
通过这些预测，企业和研究人员可以更好地理解客户、病人或消费者的行为和需求，从而制定更有效的策略。
总的来说，逻辑回归是一种强大而灵活的统计工具，具有广泛的应用前景。
它不仅能帮助我们更好地理解数据和预测结果，还能提供可解释性和透明度，使决策者能够基于坚实的证据做出决策。
无论是在
学术研究、商业决策还是日常生活中，逻辑回归都发挥着重要的作用。
logistic回归分析
Logistic回归分析
数学模型：
e p 1 e
1 X 1 2 X 2 m X m
1 X 1 2 X 2 m X m
Logistic回归分析
一、基本思想
用模型去描述实际资料时，须使 得理论结果与实际结果尽可能的一致。
资料整理格式
Logistic回归分析
1
消除xj量纲的影响
2.标准化偏回归系数j 的意义
果的发生，为“不利因素”；
xij
xij x j sj
（1）符号：取 “+”，xj 增大，则P增大，即促进阳性结
取 “-”，xj增大，则P减小，即抑制阳性结 果的发生，为“保护因素”。 （2）大小 ：∣ j ∣越大，则xj 对结果的影响也就越大。
i 1 2 n
x1 x11 x21 xn1
x2
...
xm x1m x2m xnm
δ δ δ δ
1 2
x12 ... x22 ... …... xn2 ...
n
Logistic回归分析
二、基本原理
1.结果问题 ： 对于第i个个体而言，其理论结果为pi , 而实际结果是i 。 2.一致问题： 对于第i个个体而言， i =1 pi i =0 qi
m
▲
OR e j 1
j ) ˆ j ( x*j x
（1）对多指标的共同效应进行评价：
若OR>1，则处于X*水平下的阳性结果发生风险要高于X 水平， 即“不利因素”占主导地位；
▲
▲
若OR<1，则处于X*水平下的阳性结果发生风险要低于X 水平， 即“保护因素”占主导地位；
▲
回归分析-Logistic回归
zi = β 0 + β1 xi + ε i
其中 权系数
ri pi 1 zi = ln ~ N (ln , ) & ni − ri 1 − pi ni pi (1 − pi )
ni % , ε i = ε i / wi ~ N (0,1) wi = & ri (ni − ri )
回归模型
p( x ) ln = 0.013 − 0.25 x 1 − p( x )
Logistic 回归分析
前言
Logistic回归模型的基本思想 Logistic回归模型的参数估计
基本原理
Y 多元线性回归模型： = β0 + β1 x1 + β 2 x2 + ... + β n xn = β0 + X β β 其中是β 0 截距， 是参数向量，X是自变量向量。
表示n个自变量x与反应变量Y间的关系，Y为任 意实数 ，属于连续变量
yi i
n
1− yi
似然函数 对数似然
L( β 0 , β1 ) = ∏ piyi (1 − pi )1− yi
i =1
n n
ln L( β 0 , β1 ) = ∑ yi (β 0 + β1 xi ) − ∑ ln(1 + e β0 + β1xi )
i =1 i =1
加权最小二乘
设x可以取值x1，x2……xk。x=xi时，Y的取值 为yi（yi=0或1）； 如果模型正确 pi ln = β 0 + β1 xi 1 − pi 观测模型
该转换称为logit转换。P为事件发生的概率，1-P 为事件不发生的概率
p 1− p
=e
β0 + X β
logistic回归模型的原理与应用
logistic回归模型的原理与应用Logistic回归模型是一种重要的统计学习方法，在分类问题中得到广泛应用。
本文将介绍Logistic回归模型的原理及其在实际应用中的场景。
一、原理1.1 Logistic回归模型的基本概念Logistic回归模型是一种用于解决分类问题的线性模型，旨在通过将输入特征与相应的概率联系起来，实现对不同类别的分类。
1.2 Logistic函数在Logistic回归模型中，使用了一种称为Logistic函数（也称为Sigmoid函数）的特殊函数作为模型的基础。
Logistic函数的公式如下：$$g(z) = \frac{1}{1 + e^{-z}}$$其中，z表示线性模型的预测值（z = wx+b），g(z)表示通过Logistic函数获得的概率值。
1.3 损失函数与最大似然估计Logistic回归模型通过极大似然估计来确定模型参数。
常用的损失函数是交叉熵损失函数（Cross-Entropy Loss），其目标是最小化观测样本的预测概率与真实标签之间的差异。
1.4 参数估计为了确定Logistic回归模型的参数，通常使用梯度下降等优化方法进行参数估计。
通过迭代更新模型参数，使得损失函数逐渐减小，从而得到最优的参数估计结果。
二、应用场景2.1 二分类问题Logistic回归模型常用于解决二分类问题，如判断邮件是否为垃圾邮件、预测患有某种疾病的概率等。
通过将特征与相应的概率联系起来，可以根据阈值将样本分为两个类别。
2.2 多分类问题Logistic回归模型还可以扩展到多分类问题。
常见的应用包括手写数字识别、图像分类等。
通过对每个类别进行一对其他类别的二分类，可以得到每个类别的概率，从而实现多分类问题的解决。
2.3 风险预测在金融领域，Logistic回归模型被广泛应用于风险预测。
通过建立预测模型，可以根据客户的信用评分、借贷记录等因素，对客户是否存在违约风险进行预测。
2.4 市场营销Logistic回归模型还可以用于市场营销领域。
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Logistic 回归模型1 Logistic 回归模型的基本知识 1.1 Logistic 模型简介主要应用在研究某些现象发生的概率p ，比如股票涨还是跌，公司成功或失败的概率，以及讨论概率p 与那些因素有关。
显然作为概率值，一定有10≤≤p ，因此很难用线性模型描述概率p 与自变量的关系，另外如果p 接近两个极端值，此时一般方法难以较好地反映p 的微小变化。
为此在构建p 与自变量关系的模型时，变换一下思路，不直接研究p ，而是研究p 的一个严格单调函数)(p G ，并要求)(p G 在p 接近两端值时对其微小变化很敏感。
于是Logit 变换被提出来：ppp Logit -=1ln)( （1）其中当p 从10→时，)(p Logit 从+∞→∞-，这个变化范围在模型数据处理上带来很大的方便，解决了上述面临的难题。
另外从函数的变形可得如下等价的公式：XT XT T ee p Xppp Logit βββ+=⇒=-=11ln )( （2）模型(2)的基本要求是，因变量（y ）是个二元变量，仅取0或1两个值，而因变量取1的概率)|1(X y P =就是模型要研究的对象。
而Tk x x x X ),,,,1(21 =，其中i x 表示影响y 的第i 个因素，它可以是定性变量也可以是定量变量，Tk ),,,(10ββββ =。
为此模型(2)可以表述成：kx k x k x k x kk eep x x pp βββββββββ+++++++=⇒+++=- 11011011011ln （3）显然p y E =)(，故上述模型表明)(1)(lny E y E -是k x x x ,,,21 的线性函数。
此时我们称满足上面条件的回归方程为Logistic 线性回归。
Logistic 线性回归的主要问题是不能用普通的回归方式来分析模型，一方面离散变量的误差形式服从伯努利分布而非正态分布，即没有正态性假设前提；二是二值变量方差不是常数，有异方差性。
不同于多元线性回归的最小二乘估计法则(残差平方和最小)，Logistic 变换的非线性特征采用极大似然估计的方法寻求最佳的回归系数。
因此评价模型的拟合度的标准变为似然值而非离差平方和。
定义1 称事件发生与不发生的概率比为 优势比(比数比 odds ratio 简称OR)，形式上表示为OR=kx k x e pp βββ+++=- 1101 （4） 定义2 Logistic 回归模型是通过极大似然估计法得到的，故模型好坏的评价准则有似然值来表征，称-2ˆln ()L β为估计值βˆ的拟合似然度，该值越小越好，如果模型完全拟合，则似然值ˆ()L β为1，而拟合似然度达到最小，值为0。
其中ˆ()lnL β表示βˆ的对数似然函数值。
定义3 记)ˆ(βVar 为估计值βˆ的方差-协方差矩阵，21)]ˆ([)ˆ(ββVar S =为βˆ的标准差矩阵，则称 k i S w iii i ,,2,1,]ˆ[2 ==β （5）为iβˆ的Wald 统计量，在大样本时，i w 近似服从)1(2χ分布，通过它实现对系数的显著性检验。
定义4 假定方程中只有常数项0β，即各变量的系数均为0，此时称20ˆˆ2[ln ()ln ()]L L χββ=-- （6） 为方程的显著性似然统计量，在大样本时，2χ近似服从)(2k χ分布。
1.2 Logistic 模型的分类及主要问题根据研究设计的不同，Logistic 回归通常分为成组资料的非条件Logistic 回归和配对资料的条件Logistic 回归两种大类。
还兼具两分类和多分类之分，分组与未分组之分，有序与无序变量之分。
具体如下： 两分类非条件Logistic 回归：分组数据的Logistic 回归，未分组数据的Logistic 回归； 多分类非条件Logistic 回归：无序变量Logistic 回归，无序变量Logistic 回归； 条件Logistic 回归：1:1型、1:M 型和M:N 型Logistic 回归。
关于Logistic 回归，主要研究的内容包括：1． 模型参数的估计及检验 2． 变量模型化及自变量的选择 3． 模型评价和预测问题 4． 模型应用2 Logistic 模型的参数估计及算法实现2.1 两分类分组数据非条件Logistic 回归因变量(反应变量)分为两类，取值有两种，设事件发生记为y=1，不发生记为 y=0，设自变量T k x x x X ),,,(21 =是分组数据，取有限的几个值；研究事件发生的概率)|1(X y P =与自变量X 的关系，其Logistic 回归方程为：k k x x X y P X y P βββ+++=== 110)|0()|1(ln 或 kx k x kxk x ee X y P ββββββ+++++++== 1101101)|1( 例2.1.1 分组数据[1]在一次住房展销会上，与房地产商签订初步购房意向书的有n=325人，在随后的3个月时间内，只有一部分顾客购买了房屋。
购买房屋的顾客记为1，否则记为0。
以顾客的年家庭收入(万元)作为自变量X ,对数据统计后如表2.1.1所示，建立Logistic 回归模型。
表2.1.1 购房分组数据例2.1.2 药物疗效数据[2]为考察某药物疗效，随机抽取220例病人并分配到治疗组和对照组，治疗组采用治疗药物，对照组采用安慰剂。
治疗一段时间后观察病人的疗效，得到表2.1.2数据。
设y 为疗效指标(y=1 有效，y=0无效)，1x 为治疗组指标(1为治疗组，0为对照组)，2x 为年龄组指标(1为>45岁，0为其他)。
上述两个例子数据都是经过统计加工后的分组数据，对此类数据进行Logistic 回归，首先要明确应变量对应事件的发生概率如何确定和进行Logit 变换，其次才能建立Logistic 回归。
为便于数据处理，我们将此类数据的格式作个约定，排列格式为（组序号，自变量X ，该组事件发生数，该组总例数）。
表2.1.3 分组数据的标准格式表2.1.1 改造表表2.1.2 改造表经过改造后，可得我们关心的事件的发生的频率为 n i n m p i ,,2,1,ii==该组总例数该组发生事件数。
其中n为分组数，然后作Logit 变换，即iii i p p p Logit p -==1ln )(~。
变换后的数据，形式上已经可以采用一般的线性回归的处理方式来估计回归参数了。
此时方程变为：∑==+=kj ij j i n i x p 10,,2,1,~ββ 当然这样处理并没有解决异方差性，当i n 较大时，i p ~的近似方差为： )(,)1(1)~(i i i i i i y E n p D =-≈πππ （7）所以选择权重 n i p p n i i i i ,,2,1),1( =-=ω，最后采用加权最小二乘法估计参数。
注意，分组数据的Logistic 回归只适用于大样本分组数据，对小样本的为分组数据不适用，并且以组数n 为回归拟合的样本量，明显降低了拟合精度，在实际应用中必须谨慎。
求解算法及步骤：1．依据分组数据的标准格式，计算频率i p 、Logit 变换i p ~和权重i ω 2．构建加权最小二乘估计：∑∑∑∑====--=--n i kj ij j i i i i n i k j ij j i i x y x y 11201120)(min )(min βωβωωββω （8）令 i i i y y ω=*，T ik i i i i i x x X ),,,(1*ωωω =，T k ),,,(10ββββ =则方程又变成一般的线性回归模型：∑=-ni i T i X y12**)(minβ （9）3．构造增广矩阵21****][+⨯+k k T TY X X X利用消去法得]ˆ)ˆ([ββVar I =矩阵，得到估计βˆ其中2,1++K K I 为残差平方和SE , 回归方差1ˆ2--=k n SEσ各系数检验采用 )1(~ˆˆ--=k n t I t ii i i σβ总平方和∑∑∑===-=ni ni ini ii ii y yST 112122)()(ωωω，回归平方和SE ST SR -=总平方和求解相当于拟合i i y ωβ*0*=方程的残差平方和，故得上式ST所以方程的检验为)1,(~)1/(/----=k n k F k n SE kSR F例2.1.1的求解过程如下（由LLLStat 统计软件计算）：表2.1.4 数据Logit 变换及权重家庭年收入x 实际购买mi 签订意向ni比例pi 逻辑变换Logit 权重ni*pi(1-pi) 1.500000 8 25 0.320000 -0.753772 5.440000 2.500000 13 32 0.406250-0.3794907.718750 3.500000 26 58 0.448276 -0.207639 14.344828 4.500000 22 52 0.423077 -0.310155 12.692308 5.500000 20 43 0.465116 -0.139762 10.697674 6.500000 22 39 0.564103 0.257829 9.589744 7.500000 16 28 0.571429 0.287682 6.857143 8.500000 12 21 0.571429 0.287682 5.142857 9.50000010150.666667 0.6931473.333333表2.1.5 回归模型基本信息 总样本 9求解方法 加权最小二乘 仅常数项beta0 -0.095029 方程F 统计量 51.982160 F 分布自由度 1,7 方程检验p 值 0.000176 总平方和 8.798294 回归平方和 7.754112 残差平方和1.044181表2.1.6 分组Logistic 回归系数检验序号 均值回归系数系数标准误 t 统计量 自由度df检验P 值 常数项 2.837815 -0.848882 0.113578 -7.473994 7 0.000056 家庭年收入x14.901140 0.1493230.0207117.20986570.000056表2.1.7 1][-X X T0.086479 -0.014517 -0.014517 0.002876本例Logistic 模型的回归方程：xe xe pi 149323.0848882.0149323.0848882.01ˆ+-+-+=对于多分类无序自变量的Logistic 回归，即某个自变量为m 个水平的名义变量（如治疗方法A,B,C ），只需要引入m -1（2个）个哑变量，然后采用上述方法进行分析。