线性回归分析
第四章 线性回归分析
（4-1）
, zki 是 k 个对 Y 有显
其中 j ( j 1,2,
, k ) 是回归系数，Y 是被解释变量， z1i , z2i ,
著影响的解释变量 (k 2) ， i 是反映各种误差扰动综合影响的随机项，下标 i 表 示第 i 期观察值 (Yi , z1i , z2i ,
, zki ), i 1,2,
2
,n 。
ˆ ˆZ ˆ Z ˆZ ˆ 假设多元样本回归函数为：Y i 0 1 1i 2 2i 3 3i
ˆ。 差为： i Yi Y i
由于有 n 期的观察值，这一模型实际上包含 n 个方程：
Y2 0 1Z12 Yn 0 1Z1n
另 V 对 b0 ,
bk zki )]2
（4-3）
, bk 的一阶偏导数都等于 0，即下列方程组：
2[Y (b
i
0
b1 z1i b1 z1i b1 z1i
bk zki )]( 1) 0, bk zki )]( z1i ) 0, bk zki )]( zki ) 0
把样本数据分别代入样本回归方程，得到回归方程组为：
ˆ b bz Y 1 0 1 11 ˆ b bz Y n 0 1 1n bk zk 1 ,
（4-4）
（4-5）
bk zkn
写成等价的向量方程，则为：
ˆ ZB Y
这样回归残差向量为：
ˆ Y ZB Y Y
再利用向量，矩阵的运算法则，可以得到残差平方和为：
k Zk ，
, bk 分 别 表 示 模 型 参 数 0 ,
线性回归分析的基本原理
线性回归分析的基本原理线性回归分析是一种常用的统计分析方法，用于研究两个变量之间的线性关系。
它通过拟合一条直线来描述两个变量之间的关系，并利用这条直线进行预测和推断。
本文将介绍线性回归分析的基本原理，包括模型假设、参数估计、模型评估等内容。
一、模型假设线性回归分析的基本假设是：自变量和因变量之间存在线性关系。
具体来说，假设因变量Y可以通过自变量X的线性组合来表示，即Y =β0 + β1X + ε，其中β0和β1是待估参数，ε是误差项，表示模型无法解释的随机误差。
二、参数估计线性回归分析的目标是估计模型中的参数，即β0和β1。
常用的估计方法是最小二乘法，即通过最小化观测值与模型预测值之间的差异来估计参数。
具体来说，最小二乘法通过求解以下方程组来得到参数的估计值：∑(Yi - β0 - β1Xi) = 0∑(Yi - β0 - β1Xi)Xi = 0其中∑表示对所有样本进行求和，Yi和Xi分别表示第i个观测值的因变量和自变量的取值。
三、模型评估在进行线性回归分析时，需要对模型进行评估，以确定模型的拟合程度和预测能力。
常用的评估指标包括残差分析、决定系数和假设检验。
1. 残差分析残差是观测值与模型预测值之间的差异，残差分析可以用来检验模型的合理性和假设的成立程度。
通常，残差应该满足以下几个条件：残差的均值为0，残差的方差为常数，残差之间相互独立，残差服从正态分布。
通过绘制残差图和正态概率图，可以对残差是否满足这些条件进行检验。
2. 决定系数决定系数是衡量模型拟合程度的指标，表示因变量的变异程度中可以由自变量解释的比例。
决定系数的取值范围为0到1，越接近1表示模型的拟合程度越好。
常用的决定系数是R平方，定义为回归平方和与总平方和的比值。
R平方越大，说明模型对观测值的解释能力越强。
3. 假设检验在线性回归分析中，常常需要对模型的参数进行假设检验，以确定参数的显著性。
常用的假设检验包括对β0和β1的检验。
假设检验的原假设是参数等于0，备择假设是参数不等于0。
线性回归分析
线性回归分析线性回归分析是一种常见的统计分析方法，主要用于探索两个或多个变量之间的线性关系，并预测因变量的值。
在现代运营和管理中，线性回归分析被广泛应用于市场营销、财务分析、生产预测、风险评估等领域。
本文将介绍线性回归分析的基本原理、应用场景、建模流程及常见误区。
一、基本原理线性回归分析基于自变量和因变量之间存在一定的线性关系，即当自变量发生变化时，因变量也会随之发生变化。
例如，销售额与广告投入之间存在一定的线性关系，当广告投入增加时，销售额也会随之增加。
线性回归分析的目标是找到这种线性关系的最佳拟合线，并利用该线性方程来预测因变量的值。
二、应用场景线性回归分析可以应用于许多不同的领域，例如：1.市场营销。
通过分析销售额和广告投入之间的关系，企业可以确定最佳的广告投入量，从而提高销售额。
2.财务分析。
线性回归分析可以用于预测公司的收入、费用和利润等财务指标，并帮助企业制定有效的财务战略。
3.生产预测。
通过分析生产量和生产成本之间的关系，企业可以确定最佳的生产计划，从而提高生产效率。
4.风险评估。
通过分析不同变量之间的关系，企业可以评估各种风险并采取相应的措施，从而减少损失。
三、建模流程线性回归分析的建模流程包括以下步骤：1.确定自变量和因变量。
自变量是用来预测因变量的变量，而因变量是需要预测的变量。
2.收集数据。
收集与自变量和因变量相关的数据，并进行初步的数据处理和清理工作。
3.拟合最佳拟合线。
利用最小二乘法拟合最佳拟合线，并计算相关的统计指标（如拟合优度、标准误等）。
4.判断线性关系的签ificance。
利用t检验或F检验来判断线性关系的签ificance，并进行推断分析。
5.进行预测。
利用已知的自变量的值，通过线性方程来预测因变量的值。
四、常见误区在进行线性回归分析时，有一些常见的误区需要注意：1.线性假设误区。
线性回归分析建立在自变量和因变量之间存在线性关系的基础之上，如果这种关系不是线性的，则建立的回归模型将失效。
统计学中的线性回归分析
统计学中的线性回归分析在统计学中，线性回归分析是一种最常见的应用之一。
线性回归分析是一种用于建立两个或多个变数之间关系的方法。
在这种分析中，一个或多个独立变量被用来预测一个因变量。
线性回归分析被广泛应用于医学、社会科学、自然科学等领域。
什么是线性回归分析？线性回归分析被定义为建立两个或多个变数之间线性关系的方法。
更准确地说，线性回归分析是用来预测连续型变量（因变量）之间关系的方法。
例如，通过线性回归分析可以建立收入和家庭支出之间的关系。
在线性回归中，因变量作为输出变量，而独立变量作为输入变量。
只有一个独立变量和一个因变量的线性回归称为简单线性回归，而有多个独立变量和一个因变量的线性回归称为多元线性回归。
线性回归分析基本原理线性回归分析的基本原理是建立一个数学模型，用以解释因变量的变化。
这个模型被描述为回归方程，它可以被用来求解因变量和独立变量之间的关系。
回归方程显示了一条线性（直线）的趋势，因此被称为线性回归分析。
回归分析有两个关键的部分：截距和回归系数。
回归系数代表着因变量与独立变量之间的关系，截距则是当独立变量取零时因变量的预测值。
线性回归分析的步骤线性回归分析的过程包括以下步骤：1. 定义研究问题：确定要解决的研究问题。
2. 收集数据：收集与研究问题相关的数据。
3. 数据预处理：处理数据，并进行数据清理和预处理以准备数据进行分析。
4. 建立模型：建立具有高度预测能力的回归模型。
5. 模型评估：使用适当的指标，评估模型的性能和准确性。
6. 发现结论：根据模型和数据，得出结论。
线性回归分析的应用线性回归分析可以应用于许多领域中的问题，如社会科学、医学、自然科学和工程学等。
下面将以医学为例来讲解线性回归分析的应用。
在医学研究中，线性回归分析可以用来探索一些生理变量的关系，如心率和血压之间的关系。
研究人员可以收集参与者的心率和血压数据，并使用线性回归分析来确定这些变量之间的相关性。
这些研究可以有助于确定心脏病患者的风险因素，以及对他们进行预防和治疗所需的干预措施。
线性回归分析
3.用参数估计值替代初始值，将方程再次展开，进行线性化，从而又可 一点的导数求得。
以求出一批参数估计值。
4.如此反复，直至参数估计值收敛为止。
04 总结
回归模型的原理及应用
模型表达形式
模型的基本 假定
模型的估计
模型的检验
05 案例
05 案例
05 案例
学生化残差是残差除以它的标准差 后得到的数值，用以直观地判断误 差项服从正态分布这一假定是否成 立 ，若假定成立，学生化残差的 分布也应服从正态分布。学生化残 差由普通残差推导出，在数据诊断 与残差分析 为零、方差为σ2正态分布。 即，μi ∼ N（0，σ2）
Part 03
多元线性回归模 型
03 多元线性回归模型
03 最小二乘法原理
原理：利用样本回归函数估计总体回归函数，是根据一个给定的包含n组X和Y观测数据的样 本，建立样本回归函数，使估计值尽可能接近观测值YiYˆi。最小二乘原理就是根据使样本剩 余的平方和达到最小的准则，确定模型中的参数，建立样本回归函数（回归系数的最小二乘 估计，包括截距系数和斜率系数）。
2.回归模型的分类 （1）按模型中自变量的多少，分为一元回归模型和多元回归模型。 （2）按模型中参数与被解释变量之间是否线性，分为线性回归模型和非线性回归模型。
01 相关方法演示
“分析”
“相关”
“双变量” “偏相关”
“距离”
双变量：用于进行两个/多个变量间的参 数/非参数相关分析，计算两个变量之间 相关性的强弱,如果是多个变量，则给出 两两相关的分析结果。 偏相关：如果需要进行相关分析的两个 变量其取值均受到其他变量的影响，就 可以利用偏相关分析对其他变量进行控 制，输出控制其他变量影响后的相关系 数。 距离：比较特殊的中间过程，调用此过 程可对同一变量内部各观察单位间的数 值或各个不同变量间进行相似性或不相 似性（距离）分析，前者用于检测观测 值的接近程度，后者则常用于考察各变 量的内在联系和结构。
线性回归分析
表：小区超市的年销售额（百万元）与小区常住人口数（万人）统计表
24
10
01-03 回归分析的应用
分析步骤：(一)
11
01-03 回归分析的应用
分析步骤：（二）
反映模型的拟合度
12
01-03 回归分析的应用
分析步骤：（三） • 一元线性回归 y=kx+b
第三组数据的第1个数据（301.665）是回归直线的截距b，第2个数据（ 44.797）也叫回归系数，其实就是回归直线的斜率k。
某一类回归方程的总称回归分析的概念50102?分类1回归分析按照涉及的变量多少分为一一元回归分析多元回归分析2按照自变量和因变量之间的关系类型可分为线性回归分析非线性回归分析回归分析的概念60102?步骤回归分析的概念1
Contents 内 容
01 回归分析的起源 02 回归分析的概念 03 回归分析的应用
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01-03 回归分析的应用
想一想 做一做：
已 知 2009 — 2015 年 淘 宝 “ 双 11 ” 当天销量统计如图所示，请利用散 点图进行回归分析，模拟淘宝“双 11 ” 的 销 量 变 化 规 律 ， 并 预 测 2016年的销量。
23
01-03 回归分析的应用
两种回归分析工具使用总结： • 利用回归分析工具进行线性回归的优缺点如下： ① 优点：可以进行一元线性回归，也可以进行多元线性回归。 ② 缺点：只能进行线性回归，不能直接进行非线性回归。 • 利用散点图和趋势线进行回归分析的优缺点如下： ① 优点：不仅能进行线性回归，还能进行非线性回归。 ② 缺点：只能进行一元回归，不能进行多元回归。
线性回归分析
一元线性回归分析1.理论回归分析是通过试验和观测来寻找变量之间关系的一种统计分析方法。
主要目的在于了解自变量与因变量之间的数量关系。
采用普通最小二乘法进行回归系数的探索，对于一元线性回归模型,设（X1，Y1），（X2，Y2），…，（X n，Y n）是取至总体（X,Y）的一组样本。
对于平面中的这n个点，可以使用无数条曲线来拟合。
要求样本回归函数尽可能好地拟合这组值。
综合起来看，这条直线处于样本数据的中心位置最合理。
由此得回归方程：y=β0+β1x+ε其中Y为因变量，X为解释变量（即自变量），ε为随机扰动项，β0，β1为标准化的偏斜率系数，也叫做回归系数。
ε需要满足以下4个条件：1.数据满足近似正态性：服从正态分布的随机变量。
2.无偏态性：∑（εi）=03.同方差齐性：所有的εi 的方差相同，同时也说明εi与自变量、因变量之间都是相互独立的。
4.独立性：εi 之间相互独立，且满足COV（εi，εj）=0（i≠j）。
最小二乘法的原则是以“残差平方和最小”确定直线位置。
用最小二乘法除了计算比较方便外，得到的估计量还具有优良特性。
最常用的是普通最小二乘法（OLS）：所选择的回归模型应该使所有观察值的残差平方和达到最小。
线性回归分析根据已有样本的观测值，寻求β0，β1的合理估计值^β0，^β1，对样本中的每个x i，由一元线性回归方程可以确定一个关于y i的估计值^y i=^β0+^β1x i，称为Y关于x的线性回归方程或者经验回归公式。
^β0=y-x^β1，^β1=L xy/L xx，其中L xx=J12−x2，L xy=J1−xy，x=1J1 ，y=1J1 。
再通过回归方程的检验：首先计算SST=SSR+SSE=J1^y−y 2+J1−^y2。
其中SST为总体平方和，代表原始数据所反映的总偏差大小；SSR为回归平方和（可解释误差），由自变量引起的偏差，放映X的重要程度；SSE为剩余平方和（不可解释误差），由试验误差以及其他未加控制因子引起的偏差，放映了试验误差及其他随机因素对试验结果的影响。
线性回归分析的原理与实现
线性回归分析的原理与实现线性回归分析是一种常见的统计分析方法，用于研究变量之间的关系。
它通过建立一个线性模型，来预测一个或多个自变量对因变量的影响程度。
本文将介绍线性回归分析的原理和实现方法。
一、线性回归分析的原理线性回归分析的核心思想是建立一个线性模型，用于描述因变量和自变量之间的关系。
假设我们有一个因变量Y和一组自变量X1，X2，...，Xn，我们的目标是找到一组系数β0，β1，β2，...，βn，使得线性模型Y = β0 + β1X1 + β2X2 + ... +βnXn能够最好地拟合数据。
为了找到最佳的系数估计值，我们需要最小化观测值与模型预测值之间的差距。
这个差距可以用残差来表示，即观测值与模型预测值之间的误差。
我们的目标是使残差的平方和最小化，即最小二乘法。
最小二乘法的数学表达式为：min Σ(Yi - (β0 + β1X1i + β2X2i + ... + βnXni))^2通过求解最小化残差平方和的问题，我们可以得到最佳的系数估计值，从而建立起线性模型。
二、线性回归分析的实现线性回归分析可以通过多种方法来实现。
下面我们将介绍两种常用的实现方法：普通最小二乘法和梯度下降法。
1. 普通最小二乘法普通最小二乘法是一种解析解的方法，通过求解线性方程组来得到系数的估计值。
假设我们的数据集有m个样本，n个自变量。
我们可以将线性模型表示为矩阵形式：Y = Xβ + ε其中，Y是一个m行1列的向量，表示因变量；X是一个m行n+1列的矩阵，表示自变量和常数项；β是一个n+1行1列的向量，表示系数估计值；ε是一个m行1列的向量，表示误差项。
我们的目标是最小化误差项的平方和，即最小化：min ε^Tε通过求解线性方程组X^TXβ = X^TY，可以得到系数的估计值。
2. 梯度下降法梯度下降法是一种迭代解的方法，通过不断调整系数的估计值来逼近最优解。
梯度下降法的核心思想是通过计算损失函数对系数的偏导数，来确定下降的方向。
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线性回归分析
线性回归是一种用来建立和预测变量间线性关系的统计分析方法。
它可以帮助我们了解变量之间的相互影响和趋势，并将这些关系用一条直线来表示。
线性回归分析常被应用于经济学、社会科学、自然科学和工程等领域。
一、概述
线性回归分析是一个广泛使用的统计工具，用于建立变量间的线性关系模型。
该模型假设自变量（独立变量）与因变量（依赖变量）之间存在线性关系，并通过最小化观测值与模型预测值之间的误差来确定模型的参数。
二、基本原理
线性回归分析基于最小二乘法，通过最小化观测值与模型预测值之间的残差平方和来确定模型的参数。
具体来说，线性回归模型可以表示为：Y = β0 + β1X1 + β2X2 + ... + βnXn + ε，其中Y是因变量，X1到Xn是自变量，β0到βn是回归系数，ε是误差项。
回归系数表示自变量对因变量的影响程度。
三、应用步骤
进行线性回归分析时，通常需要以下几个步骤：
1. 收集数据：获取自变量和因变量的样本数据。
2. 建立模型：根据数据建立线性回归模型。
3. 评估模型的准确性：通过计算残差、决定系数等指标来评估模型
的准确性。
4. 进行预测和推断：利用模型对未知数据进行预测和推断。
四、模型评价指标
在线性回归分析中，有几个常用的指标用于评价模型的准确性：
1. R平方值：R平方值表示因变量的变异性能够被模型解释的比例，数值范围为0到1。
R平方值越接近1，表示模型对数据的拟合程度越好。
2. 残差分析：进行残差分析可以帮助我们判断模型是否符合线性回
归的基本假设。
一般来说，残差应该满足正态分布、独立性和等方差
性的假设。
五、优缺点
线性回归分析有以下几个优点：
1. 简单易懂：线性回归模型的建立和解释相对较为简单，无需复杂
的数学知识。
2. 实用性强：线性回归模型适用于很多实际问题，可以解决很多预
测和推断的需求。
然而，线性回归分析也存在以下几个缺点：
1. 假设限制：线性回归模型对于变量间关系的假设比较严格，不适
用于非线性关系的建模。
2. 对异常值敏感：线性回归分析对异常值比较敏感，异常值的存在可能会对模型结果产生较大影响。
六、实际案例
以房价预测为例，我们可以应用线性回归分析来建立一个房价预测模型。
在这个模型中，房价可视为因变量，而房屋面积、房龄、地理位置等因素可视为自变量。
通过收集一定数量的样本数据，我们可以建立一个线性回归模型来预测房价。
在模型建立后，我们可以通过输入新的房屋面积、房龄和地理位置等信息，来预测该房屋的价格。
这样的预测模型可以为房产中介、购房者等提供参考，帮助他们做出更准确的决策。
七、总结
线性回归分析是一种常用的数据分析方法，可用于建立变量间的线性关系模型。
通过最小化观测数据与模型预测值之间的误差来确定模型的参数。
线性回归分析在实际应用中具有广泛的用途和重要性，可以帮助我们了解变量间的关系，并进行预测和推断。
然而，线性回归分析也有一些限制和假设，需要根据具体问题进行合理的模型选择和评估。
在使用线性回归模型进行预测和推断时，需要注意数据的合理性和模型的准确性，以避免因误差而导致的不准确结果。
总之，线性回归分析是一个有力的工具，可以帮助我们揭示变量之间的关系，预测和推断未知数据。
在实际应用中，我们应根据具体问
题和数据的特点，选择适合的变量和模型进行分析，并且要注意模型的评估和预测的准确性。