数学建模多元回归模型
多元回归模型及其应用
多元回归模型及其应用多元回归模型是统计学中的一种常见方法，它可以帮助我们分析多个自变量与一个因变量之间的关系。
在实际应用中，多元回归模型在预测和解释变量之间的复杂关系方面非常重要。
本文将介绍多元回归模型的基本概念、构建方法和应用场景。
一、多元回归模型的基本概念多元回归模型是指，用于分析多个自变量和一个因变量之间关系的一种统计模型。
假设我们有一个因变量Y和k个自变量X1、X2…Xk，我们可以建立下面的模型来描述它们之间的关系：Y = β0 + β1X1 + β2X2 + … + βkXk + ε其中，β0是截距项，β1、β2、…、βk是自变量的系数，ε是误差项。
误差项代表了模型中无法被自变量解释的部分，通常假设误差项符合正态分布。
二、多元回归模型的构建方法1. 变量选择在构建多元回归模型时，选择自变量非常重要。
首先要考虑每个自变量与因变量的相关性，只有当自变量与因变量的相关性显著时，才有可能对因变量做出有用的解释。
此外，还要考虑多个自变量之间的相关性，若存在高度相关的自变量，这将会让回归模型变得不稳定。
2. 模型拟合模型拟合是指，通过计算模型参数，将模型调整到最适合样本数据的状态。
在多元回归模型中，可以用最小二乘法来拟合模型，该方法试图让模型预测的值与实际值之间的差异最小化。
3. 模型评估模型评估是指对多元回归模型的性能进行评估，主要包括判断模型的拟合效果、检验自变量系数的显著性以及判断模型是否存在过拟合等。
一些常见的评估指标包括拟合优度(R2)、均方根误差(RMSE)、Akaike信息准则(AIC)和贝叶斯信息准则(BIC)等。
三、多元回归模型的应用场景多元回归模型可以应用于许多领域，例如社会科学、自然科学和商业领域等。
以下是一些应用场景的举例：1. 销售预测在商业领域，多元回归模型可以用于预测销售数量。
我们可以通过收集历史销售数据和相关的自变量来建立回归模型，例如促销活动、价格、产品质量等。
这些自变量能够帮助我们解释销售数量的变化，并预测未来销售趋势。
多元回归模型数学建模论文
多元回归模型数学建模论文研究方案：1. 研究背景与目的：多元回归模型是数学建模中一种常用的分析工具，它可以帮助研究者探索多个自变量对因变量的影响关系。
本研究旨在通过构建合适的多元回归模型，分析自变量对因变量的影响，并提出新的观点和方法，为解决实际问题提供有价值的参考。
2. 研究对象与变量选择：选择合适的研究对象是研究模型的基础，本研究选择某企业的销售额作为因变量，自变量包括广告投入、产品价格、产品质量等。
变量的选择应基于实际情况和理论基础，以获得可靠的研究结果。
3. 方案实施情况：在实施研究方案前，需要进行数据采集和整理，以及模型的建立和分析。
具体步骤如下：步骤一：数据采集通过企业相关部门提供销售数据、广告投入数据、产品价格数据、产品质量数据等，并对其进行有效性和可靠性检验。
步骤二：数据整理与探索性分析对采集到的数据进行清洗、整理和变量转换，包括缺失值处理、异常值处理、变量标准化等。
然后进行探索性分析，包括描述性统计、变量相关性分析等，以了解数据的基本情况和变量之间的关系。
步骤三：模型建立与系数估计根据变量之间的关系和实际问题，选择适当的多元回归模型，并进行模型的建立和系数估计。
可以采用最小二乘法或其他合适的方法进行参数估计。
步骤四：模型评估与优化通过模型评估指标，如残差分析、F检验、标准化系数等，对建立的多元回归模型进行评估和优化，以获得更准确和稳定的模型。
步骤五：创新和发展在已有研究成果的基础上，提出新的观点和方法，如引入其他自变量、改进模型结构等，以提高模型的预测精度和解释能力。
数据采集与分析：根据研究方案，我们采集了某企业2019年到2021年的销售额、广告投入、产品价格和产品质量等数据，共计N个样本。
通过数据整理与探索性分析，我们了解到各个变量的分布情况和相关性。
在进行多元回归分析之前，我们首先对变量进行了标准化处理，以消除量纲差异对模型估计的影响。
然后，我们采用最小二乘法估计多元回归模型的系数。
多元线性回归的计算模型
多元线性回归的计算模型多元线性回归模型的数学表示可以表示为：Y=β0+β1X1+β2X2+...+βkXk+ε，其中Y表示因变量，Xi表示第i个自变量，βi表示第i个自变量的回归系数（即自变量对因变量的影响），ε表示误差项。
1.每个自变量与因变量之间是线性关系。
2.自变量之间相互独立，即不存在多重共线性。
3.误差项ε服从正态分布。
4.误差项ε具有同方差性，即方差相等。
5.误差项ε之间相互独立。
为了估计多元线性回归模型的回归系数，常常使用最小二乘法。
最小二乘法的目标是使得由回归方程预测的值与实际值之间的残差平方和最小化。
具体步骤如下：1.收集数据。
需要收集因变量和多个自变量的数据，并确保数据之间的正确对应关系。
2.建立模型。
根据实际问题和理论知识，确定多元线性回归模型的形式。
3.估计回归系数。
利用最小二乘法估计回归系数，使得预测值与实际值之间的残差平方和最小化。
4.假设检验。
对模型的回归系数进行假设检验，判断自变量对因变量是否显著。
5. 模型评价。
使用统计指标如决定系数（R2）、调整决定系数（adjusted R2）、标准误差（standard error）等对模型进行评价。
6.模型应用与预测。
通过多元线性回归模型，可以对新的自变量值进行预测，并进行决策和提出建议。
多元线性回归模型的计算可以利用统计软件进行，例如R、Python中的statsmodels库、scikit-learn库等。
这些软件包提供了多元线性回归模型的函数和方法，可以方便地进行模型的估计和评价。
在计算过程中，需要注意检验模型的假设前提是否满足，如果不满足可能会影响到模型的可靠性和解释性。
总而言之，多元线性回归模型是一种常用的预测模型，可以分析多个自变量对因变量的影响。
通过最小二乘法估计回归系数，并进行假设检验和模型评价，可以得到一个可靠的模型，并进行预测和决策。
数学建模多元回归分析
2. 线性化方法
▪ 两端取对数得：lny = ln + b x ▪ 令：y' = lny，则有y' = ln + b x
3. 图像
b0
b0
几种常见的非线性模型
幂函数
1. 基本形式： y x b
2. 线性化方法
▪ 两端取对数得：lg y = lg + b lg x ▪ 令：y' = lgy，x'= lg x，则y' = lg + b x'
1. 用线性模型：y =b0b1x+ ，有
2.
y = 2.671+0.0018x
2. 用指数模型：y = b x ，有
3.
y =4.05(1.0002)x
3. 比较
4. 直线的残差平方和＝5.3371<指数模型的残 差平方和＝6.11。直线模型略好于指数模型
本章小结
1. 相关系数与相关分析 2. 一元线性回归模型、回归方程与估计的回
4. R2 1，说明回归方程拟合的越好； R20，说明
回归方程拟合的越差
5. 等于多重相关系数的平方，即R2=(R)2
修正的多重样本决定系数
（修正的多重判定系数 R2 ）
1. 由于增加自变量将影响到因变量中被估计的 回归方程所解释的变异性的数量，为避免高 估这一影响，需要用自变量的数目去修正R2 的值
数学建模多元回归 分析
多元线性回归模型
（概念要点）
1. 一个因变量与两个及两个以上自变量之间的回归
2. 描述因变量 y 如何依赖于自变量 x1 ， x2 ，…， xp 和误差项 的方程称为多元线性回归模型
3. 涉及 p 个自变量的多元线性回归模型可表示为
(完整版)多元线性回归模型原理
研究在线性关系相关性条件下，两个或者两个以上自变量对一个因变量，为多元线性回归分析，表现这一数量关系的数学公式，称为多元线性回归模型。
多元线性回归模型是一元线性回归模型的扩展，其基本原理与一元线性回归模型类似，只是在计算上为复杂需借助计算机来完成。
计算公式如下：设随机y 与一般变量12,,k x x x 的线性回归模型为：01122k k y x x x ββββε=++++其中01,,k βββ是1k +个未知参数，0β称为回归常数，1,k ββ称为回归系数；y 称为被解释变量；12,,k x x x 是k 个可以精确可控制的一般变量，称为解释变量。
当1p =时，上式即为一元线性回归模型，2k ≥时，上式就叫做多元形多元回归模型。
ε是随机误差，与一元线性回归一样，通常假设2()0var()E εεσ⎧=⎨=⎩同样，多元线性总体回归方程为01122k k y x x x ββββ=++++系数1β表示在其他自变量不变的情况下，自变量1x 变动到一个单位时引起的因变量y 的平均单位。
其他回归系数的含义相似，从集合意义上来说，多元回归是多维空间上的一个平面。
多元线性样本回归方程为：01122ˆˆˆˆˆk ky x x x ββββ=++++多元线性回归方程中回归系数的估计同样可以采用最小二乘法。
由残差平方和:ˆ()0SSE y y∑=-= 根据微积分中求极小值得原理，可知残差平方和SSE 存在极小值。
欲使SSE 达到最小，SSE 对01,,k βββ的偏导数必须为零。
将SSE 对01,,k βββ求偏导数，并令其等于零，加以整理后可得到1k +各方程式：ˆ2()0i SSE y yβ∂=--=∂∑ 0ˆ2()0i SSE y y x β∂=--=∂∑通过求解这一方程组便可分别得到01,,k βββ的估计值0ˆβ，1ˆβ，···ˆkβ回归系数的估计值，当自变量个数较多时，计算十分复杂，必须依靠计算机独立完成。
多元线性回归模型原理
多元线性回归模型原理Y=β0+β1*X1+β2*X2+...+βn*Xn+ε其中，Y表示因变量，X1、X2、..、Xn表示自变量，β0、β1、β2、..、βn表示模型的参数，ε表示误差项。
通过对数据进行拟合，即最小化误差平方和，可以估计出模型的参数。
多元线性回归模型的原理是基于最小二乘法，即通过最小化残差平方和来估计参数的值。
残差是指模型预测值与真实值之间的差异，最小二乘法的目标是找到一组参数，使得所有数据点的残差平方和最小。
通过求解最小二乘估计，可以得到模型的参数估计值。
为了评估模型的拟合程度，可以使用各种统计指标，例如R方值、调整R方值、标准误差等。
R方值表示模型解释因变量方差的比例，取值范围在0到1之间，值越接近1表示模型对数据的拟合程度越好。
调整R方值考虑了模型中自变量的个数和样本量之间的关系，可以更准确地评估模型的拟合程度。
标准误差表示模型预测值与真实值之间的标准差，可以用于评估模型的预测精度。
在建立多元线性回归模型之前，需要进行一些前提条件的检查，例如线性关系、多重共线性、异方差性和自变量的独立性。
线性关系假设要求自变量与因变量之间存在线性关系，可以通过散点图、相关系数等方法来检验。
多重共线性指的是自变量之间存在高度相关性，会导致参数估计的不稳定性，可以使用方差膨胀因子等指标来检测。
异方差性指的是残差的方差不恒定，可以通过残差图、方差齐性检验等方法来检验。
自变量的独立性要求自变量之间不存在严重的相关性，可以使用相关系数矩阵等方法来检验。
当满足前提条件之后，可以使用最小二乘法来估计模型的参数。
最小二乘法可以通过不同的方法来求解，例如解析解和数值优化方法。
解析解通过最小化误差平方和的一阶导数为零来求解参数的闭式解。
数值优化方法通过迭代来求解参数的数值估计。
除了最小二乘法，还有其他方法可以用于估计多元线性回归模型的参数，例如岭回归和lasso回归等。
岭回归和lasso回归是一种正则化方法，可以对模型进行约束，可以有效地避免过拟合问题。
多元线性回归模型构建
多元线性回归模型构建多元线性回归模型是统计分析中一种常用的数据拟合方法，可用来对定量变量之间的关系进行建模，预测定量变量的变化，以及预测结果的置信水平等。
本文将针对多元线性回归模型的概念及其理论模型，结构介绍，应用说明以及优缺点等方面进行详细介绍。
二、概念多元线性回归模型（Multiple Linear Regression Model, MLRM）是统计分析中最常用的数据拟合方法，也是机器学习和数据挖掘的一种经典算法。
它可以用来在多个定量变量之间建立一个线性回归关系，从而预测定量变量的变化，以及预测结果的置信水平等。
多元线性回归模型以线性模型为基础，以求解最小二乘问题（Least Squares Problem）来寻找常数和系数，旨在找到最佳拟合模型。
三、结构多元线性回归模型以线性模型为基础，以求解最小二乘问题（Least Squares Problem）来寻找常数和系数，旨在找到最佳拟合模型，其结构如下：多元线性回归模型：Y=b0+b1*X1+b2*X2…+b n*XnY 为因变量，指被预测的定量变量；X1、X2…Xn是自变量，指可用来预测因变量变化的定量变量； b0、b1、b2…b n分别为关系中各个自变量的系数。
四、应用多元线性回归模型广泛应用于社会科学，包括经济学、管理学、法学等多个领域。
例如，探讨一个企业经济活动的盈利情况，就可采用多元线性回归模型计算出不同的投资因素对企业收益的影响程度。
因此，多元线性回归模型可以应用在预测和决策分析中，从而更好地支持决策。
五、优点(1)多元线性回归模型可涉及多个自变量，可模拟出复杂的系统关系，解决多头预测和决策分析问题，对决策提供可靠的数据和参考；(2)多元线性回归模型具有较高的精度和稳定性，可以准确地捕捉现实问题，更好地反映实际情况；(3)多元线性回归模型的数据处理上也相对较为简单，不需要花费大量的人力和时间资源，容易操作，易于理解；六、缺点(1)多元线性回归模型要求数据具有较高的完整性和多样性，并要求自变量的变量类型较少，局限性较大；(2)多元线性回归模型可能因数据中的噪音而影响模型的准确性，模型预测存在较大误差；(3)多元线性回归模型可能存在欠拟合或过拟合的情况，无法有效反映出实际系统中的复杂情况。
多元回归模型
多元回归模型简介多元回归模型（Multiple Regression Model）是一种用于分析多个自变量与一个因变量之间关系的统计模型。
它可以用于预测和解释因变量的变化，并确定自变量对因变量的影响程度。
多元回归模型在许多领域中都得到广泛应用，特别是在经济学、金融学、社会科学和自然科学等领域。
它可以帮助研究人员找出多个自变量对一个因变量的综合影响，从而提供更准确的预测和解释。
建立多元回归模型的步骤建立多元回归模型一般包括以下几个步骤：1.收集数据：收集自变量和因变量的数据，并确保数据的完整性和准确性。
2.数据预处理：对数据进行清洗和处理，包括处理缺失值、异常值和离群值等。
3.确定自变量和因变量：根据研究目的和领域知识，确定自变量和因变量。
4.拟合回归模型：选择合适的回归模型，并使用最小二乘法等方法拟合回归模型。
5.模型评估：通过分析回归系数、残差、拟合优度等指标来评估模型的拟合效果。
6.解释结果：根据回归模型的系数和统计显著性，解释自变量对因变量的影响。
多元回归模型的方程多元回归模型可表示为以下方程：Y = β0 + β1X1 + β2X2 + … + βk*Xk + ε其中，Y表示因变量，X1、X2、…、Xk表示自变量，β0、β1、β2、…、βk表示回归系数，ε为误差项。
回归系数β0表示截距，表示当所有自变量为0时，因变量的值。
回归系数βi表示自变量Xi对因变量的影响，即当自变量Xi增加一个单位时，因变量的平均变化量。
误差项ε表示模型无法解释的部分，代表了观测误差和模型中遗漏的影响因素。
多元回归模型的拟合和评估拟合多元回归模型的常用方法是最小二乘法（Ordinary Least Squares，OLS）。
最小二乘法通过最小化观测值和模型预测值之间的残差平方和，找到最佳拟合的回归系数。
拟合好的多元回归模型应具备以下特征：1.较小的残差：模型的残差应该较小，表示模型能够较好地拟合数据。
2.显著的回归系数：回归系数应该达到统计显著性水平，表示自变量对因变量的影响是真实存在的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实习报告书
学生姓名：
学号：
学院名称：
专业名称：
实习时间： 2014年 06 月 05 日
第六次实验报告要求
实验目的：
掌握多元线性回归模型的原理，多元线性回归模型的建立、估计、检验及解释变量的增减的方法，以及运用相应的Matlab软件的函数计算。
实验内容：
已知某市粮食年销售量、常住人口、人均收入、肉、蛋、鱼的销售数据，见表1。
请选择恰当的解释变量和恰当的模型，建立粮食年销售量的回归模型，并对其进行估计和检验。
表1 某市粮食年销售量、常住人口、人均收入、肉、蛋、鱼的销售数据
年份粮食年销售
量Y/万吨
常住人口
X2/万人
人均收
入X3/
元
肉销售
量X4/万
吨
蛋销售
量X5/
万吨
鱼虾销
售量
X6/万吨
197498.45560.20153.20 6.53 1.23 1.89 1975100.70603.11190.009.12 1.30 2.03 1976102.80668.05240.308.10 1.80 2.71 1977133.95715.47301.1210.10 2.09 3.00 1978140.13724.27361.0010.93 2.39 3.29 1979143.11736.13420.0011.85 3.90 5.24 1980146.15748.91491.7612.28 5.13 6.83 1981144.60760.32501.0013.50 5.418.36 1982148.94774.92529.2015.29 6.0910.07 1983158.55785.30552.7218.107.9712.57 1984169.68795.50771.1619.6110.1815.12
1985 162.14 804.80 811.80 17.22 11.79 18.25 1986 170.09 814.94 988.43 18.60 11.54 20.59 1987 178.69
828.73 1094.65
23.53
11.68
23.37
实验要求：
撰写实验报告，参考第10章中牙膏销售量，软件开发人员的薪金两个案例，写出建模过程，包括以下步骤
1.分析影响因变量Y 的主要影响因素及经济意义；
影响因变量Y 的主要影响因素有常住人口数量，城市中人口越多，需要的粮食数量就越多，粮食的年销售量就会相应增加。
粮食销量还和人均收入有关，人均收入增加了，居民所能购买的粮食数量也会相应增加。
另外，肉类销量、蛋销售量、鱼虾销售量也会对粮食的销售量有影响，这些销量增加了，也表示居民的饮食结构也在发生变化，生活水平在提高，所以相应的，生活水平提升了，居民也有能力购买更多的粮食。
2. 建立散点图考察Y 与每一个自变量之间的相关关系
从上述散点图，我们可以看出，当x2增大时，y 有向上增加的趋势，图中的曲线是用二次函数模型 。
随着x3，x4，x5，x6的增加，y 的值都有
比较明显的线性增长趋势，直线是用线性模型
3.建立多元线性回归模型，并计算回归系数和统计量； 综合上述分析，可以建立如下回归模型：
εββ++=210x y εββ++=5
1
x y
表1 初始模型的计算结果
我们用逐步回归法，在Matlab 中用stepwise ，运行出下面图
根据上图可以看出，变量x3,x5,x6对Y 值影响不大，可以舍弃，所以该模型建的不合理，应该只和x2,x4有关，改进后的模型为：42210y x x βββ++=，利用Matlab 求解，得到的结果如下：
表2 新模型的计算结果
检验：表2与表1的结果相比，2R 有所提高，说明新模型比初始模型有所改进。
F 的值从52.6601提高到113.9220 ，超过了临界的检验值，P=0.0000<α。
并且改进后，所有的置信区间都不包含零点，所以新模型更好，更符合实际。
所以最后的模型为：
4.对多元回归模型进行统计检验；
统计检验：用新模型对粮食的销售量作预测。
假设在某年，该市的人口数量是736.13万人，肉销售量是11.85万吨。
所以粮食年销量
y=-39.7948+0.2115*736.13+1.9092*11.85=138.5171万吨。
与实际销量143.11万吨误差不大，模型效果比较好。
5.分析回归模型对应的经济含义。
经济分析：由x2，x4变量的回归系数都大于零，同经济理论分析得到的结论是一致的。
说明回归方程的经济含义是：当肉销售量不变时，城市的人口每增加1万人，粮食的销量就增加0.2115万吨。
当城市人口数量不变时，肉类销量每增加1万吨，粮食的销量就增加1.9092万吨。
程序附录
// 画散点图
% function untitled1(x2 ,y)
% y=[98.45 100.70 102.80 133.95 140.13 143.11 146.15 144.60 148.94 158.55 169.68 162.14 170.09 178.69]'
% x2=[560.20 603.11 668.05 715.47 724.27 736.13 748.91 760.32 774.92 785.30 795.50 804.80 814.94 828.73]'
% x3=[153.20 190.00 240.30 301.12 361.00 420.00 491.76 501.00 529.20 552.72 771.16 811.80 988.43 1094.65]'
% x4=[6.53 9.12 8.10 10.10 10.93 11.85 12.28 13.50 15.29 18.10 19.61 17.22 18.60 23.53]'
% x5=[1.23 1.30 1.80 2.09 2.39 3.90 5.13 5.41 6.09 7.97 10.18 11.79 11.54 11.68]' % x6=[1.89 2.03 2.71 3.00 3.29 5.24 6.83 8.36 10.07 12.57 15.12 18.25 20.59 23.37]' % n=1
% a=polyfit(x2,y,n)
% y2=polyval(a,x2)
% plot(x2,y2)
% hold on
% plot (x2,y ,'.k')
% title ('x2和y的散点图')
% xlabel('x2')
% ylabel('y')
// 计算参数估计值，参数置信区间，进行逐步回归
% clc;
% clear;
%
% y=[98.45 100.70 102.80 133.95 140.13 143.11 146.15 144.60 148.94 158.55 169.68 162.14 170.09 178.69]';
% x2=[560.20 603.11 668.05 715.47 724.27 736.13 748.91 760.32 774.92 785.30 795.50 804.80 814.94 828.73]';
% x3=[153.20 190.00 240.30 301.12 361.00 420.00 491.76 501.00 529.20 552.72 771.16 811.80 988.43 1094.65]';
% x4=[6.53 9.12 8.10 10.10 10.93 11.85 12.28 13.50 15.29 18.10 19.61 17.22 18.60 23.53]';
% x5=[1.23 1.30 1.80 2.09 2.39 3.90 5.13 5.41 6.09 7.97 10.18 11.79 11.54 11.68]'; % x6=[1.89 2.03 2.71 3.00 3.29 5.24 6.83 8.36 10.07 12.57 15.12 18.25 20.59 23.37]'; % z=ones(14,1);
% x=[z x2 x4 ]
% [b,bint,r,rint,stats]=regress(y,x)
% stepwise(x,y)。