多元统计分析( 期末试题) 聚类分析 主成分分析 因子分析
多元统计分析（期末试题）聚类分析主成分分析因子分析
2011-2012学年第一学期《多元统计分析》上机考试试卷班级：金融工程2009级学号：2009310283姓名：田睿电脑序号：考试说明：1、打开本试卷的WORD文件后，首先将本WORD文档“另存”，将文件名设为你的“学号+姓名”，并在本试卷中再次填好班级、姓名、学号、电脑序号，再根据题目要求将必要的结果复制到件中并进行必要的分析。考试结束时，提交该WORD 文档，请不要提交SPSS的结果文件。
2、考试时间120分钟，16:00—18:00。考试结束后，将本试卷上传至ftp://的“多元统计期末考试提交”子目录。注意，请务必到教师工作台向监考教师确认你的试卷已经上传成功后，再离开教室。上机操作题：1、为了从1张心电
图的5项不同指标中找出区分健康人、硬化症患者和冠心病患者这3类人的方法，对3类人分别取容量为n1=11、n2=7、n3=5的3个样本，原始数据见表1。请对此案例进行判别分析，并回答以下问题：简述Fisher判别分析的基本原理。本题中，请分析三组人群在各项指标的取值上是否有显著差异。请写出贝叶斯判别函数的表达式。请写出未标准化的Fisher判别函数的表达式。分析三组人群被错判的情况。画出表示三组人群的两个Fisher判别式得分的散点图，用不同颜色的符号区别表示不同的人群。新测得某人的5项指标值为，请给出其贝叶斯判别的后验概率值，以及Fisher判别函数的得分值，则他属于哪类？贝叶斯判别方法的判别准则并不唯一，请说明在SPSS 软件中，所输出的Bayes判别函数的结果是在怎样的假设条件以及准则下计算得到的。答： 1. Fisher 判别分析的基本原理是：通过投影，用p
维变量的少数几个线性组合，来代替原始的p 维变量，以达到降维的目的，再根据样品在这些判别函数上的取值，对样品的归属做出判别。 2. SPSS输出表格：组均值的均等性的检验X1 X2 X3 X4 X5 Wilks 的Lambda .853 .598 .773 .751 .701 F df1 2 2 2 2 2 df2 20 20 20 20 20 Sig. .203 .006 .076 .057 .029 看各个总体在均值等指标上除了x1均小于，说明x2到x5之间有显著的差异，而x1的检验值大于，拒绝原假设，说明其总体之间指标差异不大 3. SPSS输出表格分类函数系数X1 X2 X3 X4 X5 (常量) 1 -.463 .091 - group 2 -.401 .121 - 3 -.434 .365 - Fisher 的线性判别式函数通过上表写出Bayes判别函数分别为：F1=-++++ F2=-++++ F3=-++++ 4.SPSS输出表格：典型判别式函数系数X1 X2 X3 X4 X5 (常量) 1 函数2 .110 .016 -.137 .329 -.456 - .299 -.024 -.060 .710 - 非标准化
系数F1=-+++ F2=-+++ 5. SPSS输出表格分类结果a 初始计数group 1 2 3 % 1 2 3 1 预测组成员 2 11 0 1 .0 0 6 0 .0 .0 3 0 1 4 .0 合计11 7 5 a. 已对初始分组案例中的% 个进行了正确分类。上图可知，第一组成员全部判断正确；第二组错判为第一组的概率是%；第三组错判成第一组的概率是20% 6. SPSS 输出表格7. 某人的5项指标值为将各样品的自变量值代入上述三个Bayes判别函数：F1=-++++ F2=-++++ F3=-++++ 得到：F1= F2=F3= 两个Fisher判别函数分别为：F1=-+++ F2=-+++ F1= F2= 8.距离判别法虽然简单、便于使用，但是该方法也有它明显的不足之处。一，把总体等同看待，没有考虑到各总体会以不同的概率出现，也即判别方法与总体各自出现的概率的大小无关。第二，判别方法与错判之后所造成的损失无关，没有考虑
误判之后所造成的损失的差异因此，我们对研究的对象已有一定的认识，常用先验概率分布来描述这种认识，然后我们取得一个样本，用样本来修正已有的认识，得到后验概率分布，各种统计推断都通过后验概率分布来进行，将贝叶斯思想用于判别分析，就得到贝叶斯判别。2、根据1999年全国31个省、直辖市和自治区的城镇居民家庭平均每人全年消费性支出的八个主要变量数据，见表2，变量如下：x1：食品x2：衣着x5：交通和通讯x6：娱乐教育文化服务x7：居住x8：杂项商品和服务x3：家庭设备用品及服务x4：医疗保健请说明聚类分析和判别分析的根本区别。本题中，分别采用系统聚类方法的最短距离法、重心法和离差平方和法对各地区作聚类分析，给出谱系图。通过比较不同的方法，你认为哪种方法的结果更好。根据你的选择，在相应的系统聚类谱系图上表示出
划分为三类的结果。对各类的特征进行解释。再采用K均值聚类方法，给出分成三类的结果，以及各类的类重心值。答：1.判别分析和聚类分析是两种不同目的的分类方法，它们所起的作用是不同的。判别分析方法假定组已事先分好，判别新样品应归属哪一组，对组的事先划分有时也可以通过聚类分析得到。聚类分析：将分类对象分成若干类，相似的归为同一类，不相似的归为不同的类。
2. 最短距离法、重心法和离差平方和法作谱系图最短距离法下的谱系图* * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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 Complete Linkage Rescaled Distance Cluster Combine C A S E 0510152025
Label Num +---------+---------+---------+---------+---------+ 山西 4 -+ 甘肃28 -+ 内蒙古 5 -+ 辽宁
6 -+ 黑龙江8 -+-+ 吉林
7 -+ | 青海29 -+ +---+ 宁夏30 -+ | | 河南16 -+-+ | 陕西27 -++---+ 江苏10 -+-+ | | 云南25 -+ | | | 重庆22 ---+ | | 湖北17 -+ +---+ | 四川23 -+-+| 湖南18 -+ |+-----------+ 河北 3 -+ ||| 新疆31 -+-+ || 山东15 -+|| 安徽12 -+-+|| 贵州24 -+ +-+| +-------------------------+ 江西14 ---+ +-----+|| 福建13 ---+-+|| 广西
20 ---+ ||| 海南
21 -----+|| 西藏
26 -----------------------+| 天津 2 ---+---------+ | 浙江11 ---++---------+ | 北京 1 -------+-----+ +-------------------------+ 上海9 -------+| 广东19 -----------------------+ 重心法下的谱系图* * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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 Centroid Method Rescaled Distance Cluster Combine C A S E051015 2025 Label Num +---------+---------+---------+---------+---------+ 山西 4 -+ 甘肃28 -+ 内蒙古 5 -+ 辽宁
6 -+ 黑龙江8 -+ 吉林
7 -+ 青海29 -+-+ 宁夏
30 -+ | 河北 3 -+ | 新疆
31 -+ | 河南16 ---+ 安徽
12 ---+ 贵州24 ---+ 陕西27 ---+-+ 湖北17 -+ | | 四川23 -+-+ | 湖南18 -+ +---+ 江苏10 -----+ | 云南25 -----+ +-+ 重庆22 -----+ | | 山东15 -----+ | +-+ 福建13 -----+---+ | | 广西20 -----+| +-------------------+ 江西14 -----------+ |+---------------+ 海南21 -------------+|| 西藏26 ---------------------------------+| 天津2 -----------+-------+| 浙江11 -----------++-------------------+ | 北京 1 -------------------+ +---------+ 上海9 -------------------+| 广东19 ---------------------------------------+ 离差平方和法下的谱系图* * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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 Ward Method Rescaled Distance Cluster Combine C A S E051015 2025 Label Num +---------+---------+---------+---------+---------+ 山西 4 -+ 甘肃
28 -+ 内蒙古 5 -+-+ 青海
29 -+ | 宁夏30 -+ | 辽宁6 -+ | 黑龙江8 -+ +-----+ 吉林7 -+ || 安徽12 -+ || 贵州24 -+ || 河南16 -+-+| 陕西27 -+| 江西14 -+| 福建13 -+ +---------------------------------------+ 广西20 -+---+ || 海南21 -+ | || 湖北17 -+ | || 四川23 -+ +-+ || 湖南18 -+-+ | | || 河北 3 -+ | | | ||
新疆31 -+ | | | || 山东15 -+ +-+ +-+| 江苏10 -+ | || 云南25 -+ | || 重庆22 -+-+ || 天津 2 -+|| 西藏26 -------+| 北京 1 -+-+| 浙江11 -+ +---+| 上海9 ---+ +-----------------------------------------+ 广东19 -------+ 3离差平方和的方法较好 4 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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 Ward Method Rescaled Distance Cluster Combine C A S E051015 2025 Label Num +---------+---------+---------+---------+---------+ 山西 4 -+ 甘肃
28 -+ 内蒙古 5 -+-+ 青海
29 -+ | 宁夏30 -+ | 辽宁6 -+ | 黑龙江8 -+ +-----+ 吉林7 -+ || 安徽12 -+ || 贵州24 -+ || 河南16 -+-+| 陕西27 -+| 江西14 -+| 福建13 -+ +---------------------------------------+ 广西20 -+---+ || 海南21 -+ | || 湖北17 -+ | || 四川23 -+ +-+ || 湖南18 -+-+ | | || 河北 3 -+ | | | || 新疆31 -+ | | | || 山东15 -+ +-+ +-+| 江苏10 -+ | || 云南25 -+ | || 重庆22 -+-+ || 天津 2 -+|| 西藏26 -------+|
北京 1 -+-+| 浙江11 -+ +---+| 上海9 ---+ +-----------------------------------------+ 广东19 -------+ 第一类为西藏、海南、广西、福建、湖南、四川、湖北、山东、新疆、河北、重庆、天津、云南、江苏第二类为江西、陕西、河南、贵州、安徽、宁夏、吉林、黑龙江、辽宁、内蒙古、山西、甘肃第三类为广东、上海、浙江、北京 5.根据上面的分类，可以看出：第一类为经济和居民生活欠发达的地区第二类为经济和居民生活较为发达的地区第三类为经济和居民生活的发达地区6，根据SPSS 聚类成员案例号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 地区北京天津河北山西内蒙古辽宁吉林黑龙江上海江苏浙江安徽福建江西山东河南湖北湖南广东广西海南聚类 1 2 3 3 3 3
3 3 1 2 2 3 2 3 3 3 3 3 1 3 3 距离
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 重庆四川贵州云南西藏陕西甘肃青海宁夏新疆 2 3 3 2 2 3 3 3 3 3根据上面两个表格可知：K均值聚类分成的三类：第一类为北京、上海、广东第二类为天津、江苏、浙江、福建、重庆、云南、西藏第三类为江西、陕西、河南、贵州、安徽、宁夏、吉林、黑龙江、辽宁、内蒙古、山西、甘肃、河北、江西、山东、湖南、湖北、四川、广西、海南、宁夏、云南、贵州、青海7. 最终聚类中心食品衣着家庭设备用品及服务医疗保健交通和通讯娱乐教育文化服务居住杂项商品和服务1聚类23 3、收集了某市工业部门13个行业的6项经济指标如下所列，原始数据见表3。X1：年末固定资产净值，单位：万元；X2：职工人数，单位：人；X3：工业
总产值，单位：万元；X4：全员劳动生产率，单位：元/人年；X5：百元固定资产原值实现产值，单位：元；X6：资金利税率，单位：%；请对此案例进行因子分析，并回答以下问题：请简要说明因子分析的目的。在什么情况下因子分析将失效？本题中，按照特征值大于1的标准，应提取几个因子？所提取的因子对原数据表的解释精度达到多少？给出各变量的共同度。在因子分析中，共同度是用来反应什么的指标？分别给出因子旋转前和旋转后的因子载荷矩阵。在因子分析中进行因子旋转的目的是什么？分别写出旋转后的因子分析模型表达式和计算因子得分的表达式。根据所得到的因子分析模型解释各因子的含义。对13个行业进行综合评价，给出综合排名的结果。答： 1. 因子分析(factor analysis)和主成分分析的目的是一样的，即：将具有相关关系的多个变量综合为数量较少的几个因
子，从而实现数据降维。 2. 解释的总方差初始特征值成份 1 2 3 4 合计.437 .109 方差的%累积%合计提取平方和载入方差的% 累积% 合计旋转平方和载入方差的% 累积% 5 6 .035 .004 .586 .058提取方法：主成份分析。图可知可提取两个因子，精度达到 3.因子方差初始提取年末固定资产净值职工人数工业总产值全员劳动生产率百元固定资产原值实现产值资金利税率提取方法：主成份分析。共同度描述了全部公共因子对变量的总方差所做的贡献，反映了公共因子对该变量的影响程度。也反映了变量对全部公共因子的共同依赖程度。 4. 成份矩阵 a 年末固定资产净值职工人数工业总产值全员劳动生产率百元固定资产原值实现产值资金利税率提取方法:主成分分析法。a. 已提取了2 个成份。 1 成份2 .275 .238 .445 .871 .742 .868 .947 .937 .
894 -.171 -.492 -.422 成份矩阵a 成份12年末固定资产净值.职工人数.工业总产值.全员劳动生产率-.百元固定资产原值实现产值-.资金利税率-.提取方法:主成分分析法。a.已提取了2个成份。旋转后的矩阵：旋转成份矩阵a 成份12年末固定资产净值.职工人数.工业总产值.全员劳动生产率.百元固定资产原值实现产值-.资金利税率-.提取方法:主成分分析法。旋转法:具有Kaiser标准化的正交旋转法。a.旋转在3次迭代后收敛。旋转的目的是：当有些公共因子对多个变量都有较明显的影响作用。这时因子模型不利于突出主要矛盾和矛盾的主要方面，也很难对因子的实际背景进行合理的解释。这时通过因子旋转可以使它仅在一个公共因子上载荷较大，其余的载荷较小，有利于突出每个公共因子和其载荷较大的变量的联系，显示公共因子的主要性质。 5 .旋旋转成份矩阵 a 年末固定资产净值职工人数工业总产值全员劳动生产率
百元固定资产原值实现产值资金利税率提取方法:主成分分析法。 1 成份2 -.086 -.117 .091 .874 .870 .962 .982 .960 .994 .1 56 -.190 -.080 旋转法:具有Kaiser 标准化的正交旋转法。 a. 旋转在 3 次迭代后收敛。转后的因子分析模型表达式和计算因子得分的表达式。X1===+=+=-+=-+ 成份得分系数矩阵年末固定资产净值职工人数工业总产值全员劳动生产率百元固定资产原值实现产值 1 成份 2 -.006 -.019 .066 .360 .348 .334 .325 .343 .079 -.040 资金利税率提取方法:主成分分析法。.001 .389 旋转法:具有Kaiser 标准化的正交旋转法。构成得分。成份得分系数矩阵成份12年末固定资产净值.职工人数.工业总产值.全员劳动生产率.百元固定资产原值实现产值-.资金利税率.提取方法:主成分分析法。旋转法:具有Kaiser标准化的正交旋转法。构成得分。计算因子
得分的表达式：F1=++++=-++++ 6．旋转成份矩阵 a 年末固定资产净值职工人数工业总产值全员劳动生产率百元固定资产原值实现产值资金利税率提取方法:主成分分析法。 1 成份2 -.086 -.117 .091 .874 .870 .962 .982 .960 .994 .1 56 -.190 -.080 旋转法:具有Kaiser 标准化的正交旋转法。 a. 旋转在 3 次迭代后收敛。.旋转成份矩阵 a 成份12年末固定资产净值.职工人数.工业总产值.全员劳动生产率.百元固定资产原值实现产值-.资金利税率-.提取方法:主成分分析法。旋转法:具有Kaiser标准化的正交旋转法。a.旋转在3次迭代后收敛。显然，F1和年末固定资产净值、职工人数、工业总产值相关性较高，因此可解释为生产规模指标，决定工厂的生产规模F2和全员劳动生产率、百元固定资产原值实现产值、资
金利税率相关性较高，因此可解释为生产效率指标，决定生产效率。7. 加权平均综合得分=/积累贡献- - - - -- - - 通过excel计算十三个行业的得分如上，所以排名如下：机器食品化学纺织缝纫冶金造纸森工文教皮革建材电力煤炭4、对35个管理类期刊进行分类评估，选取了如下4项指标，原始数据见表4。X1：被引次数X2：载文量X3：引证期刊X4：标注“国家自然科学基金项目” 下面采用因子分析和聚类分析相结合的方法对35个期刊进行分类评估。首先，采用因子分析方法，按照特征值大于1的标准，对数据表进行降维处理。给出旋转后的因子载荷矩阵和因子载荷图，并解释因子的含义。第二步，计算因子得分，根据35个期刊的因子得分值对它们进行K均值聚类，给出聚类结果。第三步，画出表示各类期刊的两个因子得分的散点图，用不同
多元统计分析期末试题
一、填空题（20分） 1、若),2,1(),,(~)(n N X p 且相互独立，则样本均值向量X 服从的分布 为 2、变量的类型按尺度划分有_间隔尺度_、_有序尺度_、名义尺度_。 3、判别分析是判别样品 所属类型 的一种统计方法，常用的判别方法有__距离判别法_、Fisher 判别法、Bayes 判别法、逐步判别法。 4、Q 型聚类是指对_样品_进行聚类，R 型聚类是指对_指标(变量)_进行聚类。 5、设样品),2,1(,),,(' 21n i X X X X ip i i i ，总体),(~ p N X ，对样品进行分类常用的距离 2 ()ij d M )()(1j i j i x x x x ，兰氏距离()ij d L 6、因子分析中因子载荷系数ij a 的统计意义是_第i 个变量与第j 个公因子的相关系数。 7、一元回归的数学模型是： x y 10，多元回归的数学模型是： p p x x x y 22110。 8、对应分析是将 R 型因子分析和Q 型因子分析结合起来进行的统计分析方法。 9、典型相关分析是研究两组变量之间相关关系的一种多元统计方法。 二、计算题（60分） 1、设三维随机向量),(~3 N X ，其中 200031014，问1X 与2X 是否独立？),(21 X X 和3X 是否独立？为什么？ 解： 因为1),cov(21 X X ，所以1X 与2X 不独立。 把协差矩阵写成分块矩阵 22211211，),(21 X X 的协差矩阵为11 因为12321),),cov(( X X X ，而012 ，所以),(21 X X 和3X 是不相关的，而正态分布不相关与相互
主成分分析(资料分享)
主成分分析 起源及发展 主成分分析是1901年Pearson对非随机变量引入的，1933年Hotelling将此方法推广到随机向量的情形，主成分分析和聚类分析有很大的不同，它有严格的数学理论作基础。 原理 在用统计分析方法研究多变量的课题时，变量个数太多就会增加课题的复杂性。人们自然希望变量个数较少而得到的信息较多。在很多情形，变量之间是有一定的相关关系的，当两个变量之间有一定相关关系时，可以解释为这两个变量反映此课题的信息有一定的重叠。主成分分析是对于原先提出的所有变量，将重复的变量（关系紧密的变量）删去多余，建立尽可能少的新变量，使得这些新变量是两两不相关的，而且这些新变量在反映课题的信息方面尽可能保持原有的信息。 设法将原来变量重新组合成一组新的互相无关的几个综合变量，同时根据实际需要从中可以取出几个较少的综合变量尽可能多地反映原来变量的信息的统 计方法叫做主成分分析或称主分量分析，也是数学上用来降维的一种方法。 应用学科 主成分分析作为基础的数学分析方法，其实际应用十分广泛，比如人口统计学、数量地理学、分子动力学模拟、数学建模、数理分析等学科中均有应用，是一种常用的多变量分析方法。 评价步骤 1）对原始数据进行标准化处理 假设进行主成分分析的指标变量有m个：,,…,，共有n个评价对象，第i个评价对象的第j个指标的取值为。将各指标值转换成标准化指标，有 ，（i =1,2,…,n ; j =1,2,…,m）
其中， , ，即为第j个指标的样本均值和样本标准差。对应地，称 ，（j =1,2,…,m） 为标准化指标变量。 2）计算相关系数矩阵R 相关系数矩阵, 有 , （i,j =1,2,…,m） 式中，=，是第i个指标与第j个指标的相关系数。 3）计算特征值和特征向量 计算相关系数矩阵R的特征值，及对应的特征向量，其中，由特征向量组成m个新的指标变量: ? 式中是第1主成分，是第2主成分，…，是第m 主成分。 4）选择个主成分，计算综合评价值 ① 计算特征值的信息贡献率和累积贡献率。称
多元统计分析期末复习试题
第一章： 多元统计分析研究的内容（5点） 1、简化数据结构（主成分分析） 2、分类与判别（聚类分析、判别分析） 3、变量间的相互关系（典型相关分析、多元回归分析） 4、多维数据的统计推断 5、多元统计分析的理论基础 第二三章：
二、多维随机变量的数字特征 1、随机向量的数字特征 随机向量X 均值向量： 随机向量X 与Y 的协方差矩阵： 当X=Y 时Cov （X ，Y ）=D （X ）；当Cov （X ，Y ）=0 ，称X ，Y 不相关。 随机向量X 与Y 的相关系数矩阵： 2、均值向量协方差矩阵的性质 (1).设X ，Y 为随机向量，A ，B 为常数矩阵 E （AX ）=AE （X ）； E （AXB ）=AE （X ）B; D(AX)=AD(X)A ’; Cov(AX,BY)=ACov(X,Y)B ’; (2).若X ，Y 独立，则Cov(X,Y)＝０，反之不成立． (3).X 的协方差阵D(X)是对称非负定矩阵。例2.见黑板 三、多元正态分布的参数估计 2、多元正态分布的性质 (1).若 ,则E(X)= ,D(X)= . )' ,...,,(),,,(2121P p EX EX EX EX μμμ='= )' )((),cov(EY Y EX X E Y X --=q p ij r Y X ?=)(),(ρ) ,(~∑μP N X μ ∑ p X X X ,,,21
特别地，当 为对角阵时， 相互独立。 (2).若 ，Ａ为sxp 阶常数矩阵，d 为s 阶向量， ＡＸ＋d ～ . 即正态分布的线性函数仍是正态分布． (3).多元正态分布的边缘分布是正态分布，反之不成立． (4).多元正态分布的不相关与独立等价． 例３．见黑板． 三、多元正态分布的参数估计 (1)“ 为来自p 元总体X 的（简单）样本”的理解---独立同截面． (2)多元分布样本的数字特征---常见多元统计量 样本均值向量 ＝ 样本离差阵Ｓ＝ 样本协方差阵Ｖ＝ S ;样本相关阵Ｒ (3) ,Ｖ分别是 和 的最大似然估计； (4)估计的性质 是 的无偏估计； ,Ｖ分别是 和 的有效和一致估计； ； Ｓ～ ， 与Ｓ相互独立； 第五章 聚类分析： 一、什么是聚类分析 ：聚类分析是根据“物以类聚”的道理，对样品或指标进行分类的一种多元统计分析方法。用于对事物类别不清楚，甚至事物总共可能有几类都不能确定的情况下进行事物分类的场合。聚类方法：系统聚类法（直观易懂）、动态聚类法（快）、有序聚类法（保序）...... Q-型聚类分析（样品）R-型聚类分析（变量） 变量按照测量它们的尺度不同，可以分为三类：间隔尺度、有序尺度、名义尺度。 μ ) ,(~∑μP N X ) ,('A A d A N s ∑+μ) () 1(,,n X X X )' ,,,(21p X X X )' )(() () (1 X X X X i i n i --∑=n 1 X μ∑μ X ) 1 , (~∑n N X P μ) ,1(∑-n W p X X
多元统计分析模拟试题教学提纲
多元统计分析模拟试 题
多元统计分析模拟试题（两套：每套含填空、判断各二十道） A卷 1)判别分析常用的判别方法有距离判别法、贝叶斯判别法、费歇判别法、逐 步判别法。 2)Q型聚类分析是对样品的分类，R型聚类分析是对变量_的分类。 3)主成分分析中可以利用协方差矩阵和相关矩阵求解主成分。 4)因子分析中对于因子载荷的求解最常用的方法是主成分法、主轴因子法、 极大似然法 5)聚类分析包括系统聚类法、模糊聚类分析、K-均值聚类分析 6)分组数据的Logistic回归存在异方差性，需要采用加权最小二乘估计 7)误差项的路径系数可由多元回归的决定系数算出，他们之间的关系为 = 8)最短距离法适用于条形的类，最长距离法适用于椭圆形的类。 9)主成分分析是利用降维的思想，在损失很少的信息前提下，把多个指标转 化为几个综合指标的多元统计方法。 10)在进行主成分分析时，我们认为所取的m（m 22121212121 ~(,),(,),(,),, 1X N X x x x x x x ρμμμμσρ ?? ∑==∑= ??? +-1、设其中则Cov(,)=____. 10 31 2~(,),1,,10,()()_________i i i i X N i W X X μμμ=' ∑=--∑L 、设则=服从。 ()1 2 34 433,4 92, 3216___________________ X x x x R -?? ?'==-- ? ?-? ? =∑、设随机向量且协方差矩阵则它的相关矩阵 4、 __________， __________， ________________。 215,1,,16(,),(,)15[4()][4()]~___________i p p X i N X A N T X A X μμμμ-=∑∑'=--L 、设是来自多元正态总体和分别为正态总体的样本均值和样本离差矩阵,则。 12332313116421(,,)~(,),(1,0,2),441, 2142X x x x N x x x x x μμ-?? ?'=∑=-∑=-- ? ?-?? -?? + ??? 、设其中试判断与是否独立？ (), 1 2 3设X=x x x 的相关系数矩阵通过因子分析分解为 211X h = 的共性方差111X σ= 的方差21X g = 1公因子f 对的贡献1213 30.93400.1280.9340.4170.8351100.4170.8940.02700.8940.44730.8350.4470.10320 13 R ? ? - ????? ? -?? ? ? ?=-=-+ ? ? ? ??? ? ? ????? ? ??? 北京建筑工程学院 理学院信息与计算科学专业实验报告 课程名称《数据分析》实验名称《主成分分析和聚类分析》实验地点：基础楼C-423日期__2016.5.5_____ 姓名张丽芝班级信131 学号201307010108___指导教师王恒友成绩 【实验目的】 （1）熟悉利用主成分分析进行数据分析，能够使用SPSS软件完成数据的主成分分析； （2）熟悉利用聚类分析进行数据分析，能够运用主成分分析的结果，做进一步分析，如聚类分析、回归分析等，能够使用SPSS软件完成该任务。 【实验要求】 根据各个题目的具体要求，分别运用SPSS软件完成实验任务。 【实验内容】 1、表4.9（数据见exercise4_5.txt）给出了1991年我国30个省市、城镇居民的月平均消 费数据，所考察的八个指标如下：（单位均为元/人） X1: 人均粮食支出；X2：人均副食支出； X3: 人均烟酒茶支出；X4: 人均其他副食支出； X5:人均衣着商品支出；X6: 人均日用品支出； X7: 人均燃料支出；X8: 人均非商品支出。 （1）求样本相关系数矩阵R。 （2）从R出发做主成分分析，求出各主成分的贡献率及前两个主成分的累积贡献率； 2、（1）对题1中的数据，按照原有的八个指标，对30个省份进行聚类，给出分为3 类的聚类结果。 （2）利用题1得到的前2个主成分指标，分别按最短距离法（最近邻居距离）、最长距离法（最远邻居距离）、类平均距离法（组间平均距离）、重心距离法；其中距离均采用欧式平方距离，对样本进行谱系聚类分析，并画出谱系聚类图；给出分为3类的聚类结果。并与（1）的结果进行比较 【实验步骤】（此部分主要包括实验过程、方法、结果、对结果的分析、结论等） 1 1） 2） 表:方差贡献率和累计贡献率 一、判断题 （ 对 ）112(,,,)p X X X X '=L 的协差阵一定是对称的半正定阵 （ 对 ）2标准化随机向量的协差阵与原变量的相关系数阵相同。 （ 对）3典型相关分析是识别并量化两组变量间的关系，将两组变量的相关关系 的研究转化为一组变量的线性组合与另一组变量的线性组合间的相关关系的研究。 （ 对 ）4多维标度法是以空间分布的形式在低维空间中再现研究对象间关系的数据分析方法。 （ 错）5),(~),,,(21∑'=μp p N X X X X Λ，,X S 分别是样本均值和样本离差阵，则, S X n 分别是,μ∑的无偏估计。 （ 对）6),(~),,,(21∑'=μp p N X X X X Λ，X 作为样本均值μ的估计，是 无偏的、有效的、一致的。 （ 错）7 因子载荷经正交旋转后，各变量的共性方差和各因子的贡献都发生了变化 （ 对）8因子载荷阵()ij A a =中的ij a 表示第i 个变量在第j 个公因子上的相对重要性。 （ 对 ）9 判别分析中，若两个总体的协差阵相等，则Fisher 判别与距离判别等 价。 （对）10距离判别法要求两总体分布的协差阵相等，Fisher 判别法对总体的分布无特定的要求。 二、填空题 1、多元统计中常用的统计量有：样本均值向量、样本协差阵、样本离差阵、样本相关系数矩阵． 2、设∑是总体1(,,)m X X X =L 的协方差阵，∑的特征根(1,,)i i m λ=L 与相应的单 位正交化特征向量 12(,,,)i i i im a a a α=L ，则第一主成分的表达式是 11111221m m y a X a X a X =+++L ，方差为 1λ。 3设∑是总体1234(,,,)X X X X X =的协方差阵，∑的特征根和标准正交特征向量分别 为：' 112.920(0.1485,0.5735,0.5577,0.5814)U λ==--- ' 221.024(0.9544,0.0984,0.2695,0.0824)U λ==- '330.049(0.2516,0.7733,0.5589,0.1624)U λ==-- 注意事项：1. 系统聚类法可对变量或者记录进行分类，K-均值法只能对记录进行分类； 2. K-均值法要求分析人员事先知道样品分为多少类； 3. 对变量的多元正态性，方差齐性等要求较高。应用领域：细分市场，消费行为划分，设计抽样方案等 优点：聚类分析模型的优点就是直观，结论形式简明。 缺点：在样本量较大时，要获得聚类结论有一定困难。由于相似系数是根据被试的反映来建立反映被试间内在联系的指标，而实践中有时尽管从被试反映所得出的数据中发现他们之间有紧密 的关系，但事物之间却无任何内在联系，此时，如果根据距离或相似系数得出聚类分析的结果，显然是不适当的，但是，聚类分析模型本身却无法识别这类错误。 因子分析：利用降维的思想，由研究原始变量相关矩阵内部的依赖关系出发，把一些具有错综复杂关系的变量归结为少数几个综合因子。（因子 分析是主成分的推广，相对于主成分分析，更倾向于描述原始变量之间的相关关系），就是研究如何以最少的信息丢失，将众多原始变量浓缩成少数几个因子变量，以及如何使因子变量具有较强的可解释性的一种多元统计分析方法。 求解因子载荷的方法：主成分法，主轴因子法，极大似然法，最小二乘法，a因子提取法。 注意事项：5. 因子分析中各个公共因子之间不相关，特殊因子之间不相关，公共因子和特殊因子之间不相关。 应用领域：解决共线性问题，评价问卷的结构效度，寻找变量间潜在的结构，内在结构证实。 优点:第一它不是对原有变量的取舍，而是根据原始变量的信息进行重新组合，找出影响变量的共同因子，化简数据；第二，它通过旋转使得因子变量更具有可解释性，命名清晰性高。 缺点:在计算因子得分时，采用的是最小二乘法，此法有时可能会失效。 判别分析：从已知的各种分类情况中总结规律（训练出判别函数），当新样品进入时，判断其与判别函数之间的相似程度（概率最大，距离最 主成分分析、聚类分析的比较与应用 主成分分析、聚类 分析的比较与应用 摘要：主成分分析、聚类分析是两种比较有价值的多元统计方法,但同时也是在使用过程中容易误用或混淆的几种方法。本文从基本思想、数据的标准化、应用上的优缺点等方面,详细地探讨了两者的异同,并且 举例说明了两者在实际问题中的应用。 关键词：spss、主成分分析、聚类分析 一、基本概念 主成分分析就是设法将原来众多具有一定相关性（比如P个指标），重新组合成一组新的互相无关的综合指标来代替原来的指标。综合指标即为主成分。所得出的少数几个主成分，要尽可能多地保留原始变量的信息，且彼此不相关。因子分析是研究如何以最少的信息丢失，将众多原始变量浓缩成少数几个因子变量，以及如何使因子变量具有较强的可解释性的一种多元统计分析方法。 聚类分析是依据实验数据本身所具有的定性或定量的特征来对大量的数据进行分组归类以了解数据集的在结构，并且对每一个数据集进行描述的过程。其主要依据是聚到同一个数据集中的样本应该彼此相似，而属于不同组的样本应该足够不相似。 二、基本思想的异同 （一）共同点 主成分分析法和因子分析法都是用少数的几个变量(因子) 来综合反映原始变量(因子) 的主要信息，变量虽然较原始变量少，但所包含的信息量却占原始信息的85 %以上，所以即使用少数的几个新变量，可信度也很高，也可以有效地解释问题。并且新的变量彼此间互不相关，消除了多重共线性。这两种分析法得出的新变量，并不是原始变量筛选后剩余的变量。在主成分分析中，最终确定的新变量是原始变量的线性组合，如原始变量为x1 ，x2 ，. . . ，x3 ，经过 二名词解释 1、多元统计分析：多元统计分析是运用数理统计的方法来研究多变量（多指标）问题的理论和方法，是一元统计学的推广 2、聚类分析:是根据“物以类聚”的道理，对样品或指标进行分类的一种多元统计分析方法。将个体或对象分类，使得同一类中的对象之间的相似性比与其他类的对象的相似性更强。使类内对象的同质性最大化和类间对象的异质性最大化 3、随机变量：是指变量的值无法预先确定仅以一定的可能性(概率)取值的量。它是由于随机而获得的非确定值，是概率中的一个基本概念。即每个分量都是随机变量的向量为随机向量。类似地，所有元素都是随机变量的矩阵称为随机矩阵。 4、统计量：多元统计研究的是多指标问题,为了了解总体的特征,通过对总体抽样得到代表总体的样本,但因为信息是分散在每个样本上的,就需要对样本进行加工,把样本的信息浓缩到不包含未知量的样本函数中,这个函数称为统计量 三、计算题 解： 答： 答： 题型三解答题 1、简述多元统计分析中协差阵检验的步骤 答： 第一，提出待检验的假设和H1； 第二，给出检验的统计量及其服从的分布； 第三，给定检验水平，查统计量的分布表，确定相应的临界值，从而得到否定域； 第四，根据样本观测值计算出统计量的值，看是否落入否定域中，以便对待判假设做出决策（拒绝或接受）。 2、简述一下聚类分析的思想 答：聚类分析的基本思想，是根据一批样品的多个观测指标，具体地找出一些能够度量样品或指标之间相似程度的统计量，然后利用统计量将样品或指标进行归类。把相似的样品或指标归为一类，把不相似的归为其他类。直到把所有的样品（或指标）聚合完毕. 3、多元统计分析的内容和方法 答：1、简化数据结构,将具有错综复杂关系的多个变量综合成数量较少且互不相关的变量，使研究问题得到简化但损失的信息又不太多。（1）主成分分析（2）因子分析（3）对应分析等 泛珠三角区域物流发展水平综合评价研究 资料来源：吴晓燕. 泛珠三角区域物流发展水平综合评价研究 泛珠三角区域是我国最主要的经济发达地区之一，也是现代物流最为强劲的“增长极”，具有优越的地理、交通与经济区位优势。但是区域内有发达省份，也有不发达省份，有沿海的省份，也有内陆省份，有东部省份，也有西部省份，彼此之间存在不同的优势和劣势。因此对泛珠三角区域物流发展水平进行评估与分析，有利于明确广东、福建、江西、广西、海南、湖南、四川、云南、贵州九省(区)的区域物流发展现状及差异，找出区域间的优势互补项目，为区域内物流资源有效利用和合理共享、促进区域物流一体化发展提供方向和依据。 评价区域物流综合发展水平是一项很复杂的工作。选择并构建区域物流发展水平综合评价指标体系是评价的关键。因此选择指标构建评价指标体系，必须以综合评价目的为依据，对所要考察的事物进行认真分析，寻找出影响评价对象的因素，从中选出若干主要因素，构建成综合评价指标体系。在多指标综合评价中，如果指标选择不当，再好的综合评价方法也会出现差错，甚至完全失败。 区域物流发展水平评价指标体系实际上就是利用具体的指标将区域物流所包括的功能、区域物流的内涵、特征具体化、层次化的统计描述和综合评价。为了合理评估区域物流发展综合水平，我们主要选取6个一级评价指标，20个次级评价指标对其进行评估，具体结构如下表： 表1 区域物流发展水平评价指标体系 1、社会经济发展类 经济发展是区域物流发展的基础保障，一个地区雄厚的经济基础有利于该物流的加速发展。一般来说，区域物流发展水平与区域的经济发展水平成正比。因此，我们考虑GDP和人均GDP两个次级指标，他们综合反映了物流发展的社会经济基础。 2、生产、消费流通类 从物流需求源考虑，农业、制造业等产业中的物流需求主要是生产资料的位移、储存和流通加工等，这类产业的物流需求与各行业的产量产值存在正比关系，物流需求是商品需求的派生物，与消费品销售，生产资料市场直接相关，商品市场的规模直接决定物流需求的大 第一章： 多元统计分析研究的容（5点） 1、简化数据结构（主成分分析） 2、分类与判别（聚类分析、判别分析） 3、变量间的相互关系（典型相关分析、多元回归分析） 4、多维数据的统计推断 5、多元统计分析的理论基础 第二三章： 二、多维随机变量的数字特征 1、随机向量的数字特征 随机向量X均值向量： 随机向量X与Y的协方差矩阵： 当X=Y时Cov（X，Y）=D（X）；当Cov（X，Y）=0 ，称X，Y不相关。 随机向量X与Y的相关系数矩阵： 2、均值向量协方差矩阵的性质 (1).设X，Y为随机向量，A，B 为常数矩阵 E（AX）=AE（X）； E（AXB）=AE（X）B; D(AX)=AD(X)A’; )' ,..., , ( ) , , , ( 2 1 2 1P p EX EX EX EXμ μ μ = ' = )' )( ( ) , cov(EY Y EX X E Y X- - = q p ij r Y X ? =) ( ) , (ρ Cov(AX,BY)=ACov(X,Y)B ’; (2).若X ，Y 独立，则Cov(X,Y)＝０，反之不成立． (3).X 的协方差阵D(X)是对称非负定矩阵。例2.见黑板 三、多元正态分布的参数估计 2、多元正态分布的性质 (1).若 ,则E(X)= ,D(X)= . 特别地，当 为对角阵时， 相互独立。 (2).若 ，Ａ为sxp 阶常数矩阵，d 为s 阶向量， ＡＸ＋d ～ . 即正态分布的线性函数仍是正态分布． (3).多元正态分布的边缘分布是正态分布，反之不成立． (4).多元正态分布的不相关与独立等价． 例３．见黑板． 三、多元正态分布的参数估计 (1)“ 为来自p 元总体X 的（简单）样本”的理解---独立同截面． (2)多元分布样本的数字特征---常见多元统计量 样本均值向量 ＝ 样本离差阵Ｓ＝ 样本协方差阵Ｖ＝ S ;样本相关阵Ｒ (3) ,Ｖ分别是 和 的最大似然估计； (4)估计的性质 是 的无偏估计； ,Ｖ分别是 和 的有效和一致估计； ； Ｓ～ ， 与Ｓ相互独立； 第五章 聚类分析： 一、什么是聚类分析 ：聚类分析是根据“物以类聚”的道理，对样品或指标进行分类的一种多元统计分析方法。用于对事物类别不清楚，甚至事物总共可能有几类都不能确定的情况下进行事物分类的场合。聚类方法：系统聚类法（直观易懂）、动态聚类法（快）、有序聚类法（保序）...... Q-型聚类分析（样品）R-型聚类分析（变量） 变量按照测量它们的尺度不同，可以分为三类：间隔尺度、有序尺度、名义尺度。 二、常用数据的变换方法:中心化变换、标准化变换、极差正规化变换、对数变换（优缺点） 1、中心化变换（平移变换）：中心化变换是一种坐标轴平移处理方法，它是先求出每个变量的样本平均值，再从原始数据中减去该变量的均值，就得到中心化变换后的数据。不改变样本间的相互位置，也不改变变量间的相关性。 2、标准化变换：首先对每个变量进行中心化变换，然后用该变量的标准差进行标准化。 经过标准化变换处理后，每个变量即数据矩阵中每列数据的平均值为0，方差为1，且也不再具有量纲，同样也便于不同变量之间的比较。 3、极差正规化变换（规格化变换）：规格化变换是从数据矩阵的每一个变量中找出其最大值和最小值，这两者之差称为极差，然后从每个变量的每个原始数据中减去该变量中的最小值，再除以极差。经过规格化变换后，数据矩阵中每列即每个变量的最大数值为1，最小数值为0，其余数据取值均在0－1之间；且变换后的数据都不再具有量纲，便于不同的变量之间的比较。 4、对数变换：对数变换是将各个原始数据取对数，将原始数据的对数值作为变换后的新值。它将具有指数特征的数据结构变换为线性数据结构。 三、样品间相近性的度量 研究样品或变量的亲疏程度的数量指标有两种：距离，它是将每一个样品看作p 维空),(~∑μP N X μ∑μp X X X ,,,21 ),(~∑μP N X ),('A A d A N s ∑+μ)()1(,,n X X X )',,,(21p X X X )')(()()(1X X X X i i n i --∑=n 1X μ ∑μX )1,(~∑n N X P μ),1(∑-n W p X X 实验三我国各地区城镇居民消费性支出的 主成分分析和聚类分析 （王学民编写） 一、实验目的 1.掌握如何使用SAS软件来进行主成分分析和聚类分析； 2.看懂和理解SAS输出的结果，并学会以此来作出分析； 3.掌握对实际数据如何来进行主成分分析； 4.对同一组数据使用五种系统聚类方法及k均值法，学会对各种聚类效果的比较，获取重要经验； 5.掌握使用主成分进行聚类 二、实验内容 数据集sasuser.examp633中含有1999年全国31个省、直辖市和自治区的城镇居民家庭平均每人全年消费性支出的八个主要变量数据。对这些数据进行主成分分析，可将这31个地区的前两个主成分得分标示于平面坐标系内，对各地区作直观的比较分析。对同样的数据使用五种系统聚类方法及k均值法聚类，并对聚类效果作比较。最后，对主成分的图形聚类和正规聚类的效果进行比较。 实验1 进行主成分分析，根据前两个主成分得分所作的散点图对31个地区进行比较分析。 实验2 分别使用最长距离法、中间距离法、两种类平均法、离差平方和法和k均值法进行聚类分析，并比较其聚类效果。 实验3 主成分聚类，并与上述正规的聚类方法进行比较 三、实验要求 1.用SAS软件的交互式数据分析菜单系统完成主成分分析； 2.完成五种系统聚类方法及k均值法，比较其聚类效果； 3.根据前两个主成分得分的散点图作直观的聚类，并与上述正规的聚类方法进行比较。 四、实验指导 1.进行主成分分析 在inshigt中打开数据集sasuser.examp633，见图1。选菜单过程如下： 在图1中选分析?多元（Y X）?在变量框中选x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8(见图2)?Y?选输出?选主分量分析，主分量选项（见图3）?在图4中作图中的选择（主成分个数缺省时为“自动”选项，此时只输出特征值大于1的主成分）?确定?确定?确定 图1 图2 多元统计分析 题型一定义、名词解释 题型二计算（协方差阵、模糊矩阵） 题型三解答题 一、定义 二名词解释 1、多元统计分析：多元统计分析是运用数理统计的方法来研究多变量（多指标）问题的理论和方法，是一元统计学的推广 2、聚类分析:是根据“物以类聚”的道理，对样品或指标进行分类的一种多元统计分析方法。将个体或对象分类，使得同一类中的对象之间的相似性比与其他类的对象的相似性更强。使类内对象的同质性最大化和类间对象的异质性最大化 3、随机变量：是指变量的值无法预先确定仅以一定的可能性(概率)取值的量。它是由于随机而获得的非确定值，是概率中的一个基本概念。即每个分量都是随机变量的向量为随机向量。类似地，所有元素都是随机变量的矩阵称为随机矩阵。 4、统计量：多元统计研究的是多指标问题,为了了解总体的特征,通过对总体抽样得到代表总体的样本,但因为信息是分散在每个样本上的,就需要对样本进行加工,把样本的信息浓缩到不包含未知量的样本函数中,这个函数称为统计量 三、计算题 解： 答： 答： 题型三解答题 1、简述多元统计分析中协差阵检验的步骤 答： 第一，提出待检验的假设和H1； 第二，给出检验的统计量及其服从的分布； 第三，给定检验水平，查统计量的分布表，确定相应的临界值，从而得到否定域； 第四，根据样本观测值计算出统计量的值，看是否落入否定域中，以便对待判假设做出决策（拒绝或接受）。 2、简述一下聚类分析的思想 答：聚类分析的基本思想，是根据一批样品的多个观测指标，具体地找出一些能够度量样品或指标之间相似程度的统计量，然后利用统计量将样品或指标进行归类。把相似的样品或指标归为一类，把不相似的归为其他类。直到把所有的样品（或指标）聚合完毕. 3、多元统计分析的内容和方法 答：1、简化数据结构,将具有错综复杂关系的多个变量综合成数量较少且互不相关的变量，使研究问题得到简化但损失的信息又不太多。（1）主成分分析（2）因子分析（3）对应分析等 2、分类与判别,对所考察的变量按相似程度进行分类。（1）聚类分析：根据分析样本的各研究变量，将性质相似的样本归为一类的方法。（2）判别分析：判别样本应属何种类型的统计方法。 、判断题 （对）1X （兀公2丄，X p）的协差阵一定是对称的半正定阵 （对）2标准化随机向量的协差阵与原变量的相关系数阵相同。 （对）3典型相关分析是识别并量化两组变量间的关系，将两组变量的相关关系的研究转化为一组变量的线性组合与另一组变量的线性组合间的相关关系的研究。 （对）4多维标度法是以空间分布的形式在低维空间中再现研究对象间关系的数据分析方法。（错）5X （X-X2，,X p） ~ N p（ , ），X,S分别是样本均值和样本离 S 差阵，则X,—分别是，的无偏估计。 n （对）6X （X「X2， ,X p） ~ N p（ , ），X作为样本均值的估计，是无偏的、有效的、一致的。 （错）7因子载荷经正交旋转后，各变量的共性方差和各因子的贡献都发生了变化 （对）8因子载荷阵A （a j）中的a ij表示第i个变量在第j个公因子上的相对重要性。 （对）9判别分析中，若两个总体的协差阵相等，则Fisher判别与距离判别等价。（对）10距离判别法要求两总体分布的协差阵相等，Fisher判别法对总体的分布无特 定的要求。 二、填空题 1、多元统计中常用的统计量有：样本均值向量、样本协差阵、样本离差阵、样本相关系数矩阵. 2、设是总体X （X」,X m）的协方差阵，的特征根i（i 1,L ,m）与相应的单 位正交化特征向量i （盼无丄,a m），则第一主成分的表达式是 y1 Q1X1 812X2 L QmX m 方差为1。 3设是总体X （X1,X2,X3, X4）的协方差阵，的特征根和标准正交特征向量分别为： 1 2.920 U；(0.1485, 0.5735, 0.5577, 0.5814) 2 1.024 U2(0.9544, 0.0984,0.2695,0.0824) 3 0.049 U3(0.2516,0.7733, 0.5589, 0.1624) 0.007U4 （ 0.0612,0.2519,0.5513, 0.7930），则其第二个主成分的表达式是 4 二名词解释 1、 多元统计分析：多元统计分析是运用数理统计的方法来研究多变量（多指标）问题的理 论和方法，是一元统计学的推广 2、 聚类分析：是根据“物以类聚”的道理，对样品或指标进行分类的一种多元统计分析方 法。将个体或对象分类，使得同一类中的对象之间的相似性比与其他类的对象的相似性更强。 使类内对象的同质性最大化和类间对象的异质性最大化 3、 随机变量：是指变量的值无法预先确定仅以一定的可能性 （概率）取值的量。它是由于随 机而获得的非确定值，是概率中的一个基本概念。即每个分量都是随机变量的向量为随机向 量。类 似地，所有元素都是随机变量的矩阵称为随机矩阵。 4、统计量：多元统计研究的是多指标问题 ，为了了解总体的特征,通过对总体抽样得到代表 总体的样本，但因为信息是分散在每个样本上的 ，就需要对样本进行加工，把样本的信息浓缩 到不包含未知量的样本函数中，这个函数称为统计量 二、计算题 ^16 -4 2 k 设H = 其中启= （1Q —纣眉=-4 4-1 [― 试判断叼+ 2吟与 「花一? [是否独立？ 解: "10 -6 -15 -6 1 a 2U -16 20 40 故不独立口 -r o 2丿 按用片的联合分帚再I -6 lti 20 -1G 20 ) -1V16 -4 0 -4 A 2 丿"-1 2.对某地区农村的百名2周宙男翌的身高、胸圉、上半骨圉进行测虽，得相关数据如下』根据汶往资料，该地区城市2周岁男婴的遠三个指标的均值血二（90Q乩16庆现欲在多元正态性的假定下检验该地区农村男娶是否与城市男婴有相同的均值?伽厂43107-14.62108.946^1 ]丼中乂=60.2x^)-1=(115.6924)-1-14.6210 3.172-37 3760 、8.9464-37 376035.S936」= 0.01, (3,2) = 99.2, 03) =293 隔亠4) =16.7) 答: 2、假设检验问题：比、# =险用‘//H地 r-8.o> 经计算可得：X-^A 22 厂 「3107 -14.6210 ST1=(23J3848)-1 -14.6210 3.172 8 9464 -37 3760 E9464 -37.3760 35.5936 构造检验统计量：尸=旳（丟-間）〃丿（巫-角） = 6x70.0741=420.445 由题目已知热“（3,）= 295由是 ^I =^W3,3）^147.5 所以在显著性水平ff=0.01下，拒绝原设尽即认 为农村和城市的2周岁男婴上述三个指标的均 值有显著性差异 （］ 4、设盂=（耳兀.昂工/ ~M（（XE）,协方差阵龙=P P （1）试从匸出发求X的第一总体主成分; 答: （2）试|可当卩取多大时才链主成分册贡蕭率达阳滋以上. 4实证过程与结果 4、1主成分与聚类分析 首先通过SPSS软件对环境污染的相应指标进行主成分分析,得到: 提取Y1、Y2、Y3与Y4四个主成分,其累积贡献率已经达到,超过80%,代表所有环境污染指标的绝大部分信息。Y1偏向于解释工业氢氧化物排放量,Y2偏向于解释生活烟尘排放量,Y3偏向于解释生活废水排放量,Y4偏向于解释工业二氧化硫排放量。 然后,根据主成分分析结果,用Z=0、43226*Y1+0、21911*Y2+0、10380*Y3+ 0、06519*Y4计算综合得分,见下表1。 表1 环境污染地区的主成分综合得分表 序号地区Z 排名序号地区Z 排名 1 北京0、863 5 17 武汉-0、116 13 2 天津1、088 4 18 长沙-0、841 28 3 石家庄0、455 6 19 广州-0、373 19 4 太原0、209 8 20 南宁-0、519 24 5 呼与浩特-0、052 12 21 海口-1、29 31 6 沈阳-0、273 1 7 22 重庆2、767 1 7 长春-0、257 16 23 成都-0、451 20 8 哈尔滨2、489 2 24 贵阳-0、331 18 9 上海1、979 3 25 昆明-0、552 26 10 南京-0、232 15 26 拉萨-1、275 30 11 杭州0、175 9 27 西安0、357 7 12 合肥-0、5 21 28 兰州-0、514 23 13 福州-0、525 25 29 西宁0、004 11 14 南昌-0、949 29 30 银川-0、702 27 15 济南0、022 10 31 乌鲁木齐-0、502 22 16 郑州-0、152 14 最后将环境污染的综合得分作为个案进行层次聚类分析,将31个地区分为5类,如表2。 表2 各地区污染分类 分类污染情况地区 多元统计分析期末考试考 点 The following text is amended on 12 November 2020. 二名词解释 1、多元统计分析：多元统计分析是运用数理统计的方法来研究多变量（多指标）问题的理论和方法，是一元统计学的推广 2、聚类分析:是根据“物以类聚”的道理，对样品或指标进行分类的一种多元统计分析方法。将个体或对象分类，使得同一类中的对象之间的相似性比与其他类的对象的相似性更强。使类内对象的同质性最大化和类间对象的异质性最大化 3、随机变量：是指的值无法预先确定仅以一定的可能性(概率)取值的量。它是由于随机而获得的非确定值，是概率中的一个基本概念。即每个分量都是随机变量的向量为随机向量。类似地，所有元素都是随机变量的矩阵称为随机矩阵。 4、统计量：多元统计研究的是多指标问题,为了了解总体的特征,通过对总体抽样得到代表总体的样本,但因为信息是分散在每个样本上的,就需要对样本进行加工,把样本的信息浓缩到不包含未知量的样本函数中,这个函数称为统计量 三、计算题 解： 答： 答： 题型三解答题 1、简述多元统计分析中协差阵检验的步骤 答： 第一，提出待检验的假设和H1； 第二，给出检验的统计量及其服从的分布； 第三，给定检验水平，查统计量的分布表，确定相应的临界值，从而得到否定域；第四，根据样本观测值计算出统计量的值，看是否落入否定域中，以便对待判假设做出决策（拒绝或接受）。 2、简述一下聚类分析的思想 答：聚类分析的基本思想，是根据一批样品的多个观测指标，具体地找出一些能够度量样品或指标之间相似程度的统计量，然后利用统计量将样品或指标进行归类。把相似的样品或指标归为一类，把不相似的归为其他类。直到把所有的样品（或指标）聚合完毕. 3、多元统计分析的内容和方法 答：1、简化数据结构,将具有错综复杂关系的多个变量综合成数量较少且互不相关的变量，使研究问题得到简化但损失的信息又不太多。（1）主成分分析（2）因子分析（3）对应分析等 1 、填空题(20分) 1、 若X Q ~ N p (g ,(a =1,2,…n)且相互独立，则样本均值向量X 服从的分布为X ~ N p (g^|。 2、 变量的类型按尺度划分有 _间隔尺度_、_有序尺度_、名义尺度_。 3、 判别分析是判别样品 所属类型 的一种统计方法，常用的判别方法有 —距离判别法_、Fisher 判别法、 Bayes 判别法、逐步判别法。 4、 Q 型聚类是指对_样品-进行聚类，R 型聚类是指对_指标(变量)_进行聚类。 5、 设样品X i =(X i1,X i2^ X ip )',(i =1,2，…n)，总体X~N p (」「)，对样品进行分类常用的距离有： 明氏距离d j (q)=(壬|Xy q i j i j 6、 因子分析中因子载荷系数a j 的统计意义是—第i 个变量与第j 个公因子的相关系数。 7、 一元回归的数学模型是：y 曆x 童，多元回归的数学模型是 8、 对应分析是将 R 型因子分析和Q 型因子分析结合起来进行的统计分析方法。 9、 典型相关分析是研究两组变量之间 相关关系的一种多元统计方法。 、计算题(60分) '4 1 1、设三维随机向量X~N 3(?2)，其中送=1 3 e 0 独立？为什么? 解：因为cov(X 1,X 2^1，所以X 1与X 2不独立。 把协差矩阵写成分块矩阵瓦=f 11 ；12丨，(X 1,X 2/的协差矩阵为瓦 11 因为 —21 - 22 cov((X 1,X 2),X 3)=為12，而' 12 =0，所以(X 1, X 2)和X 3是不相关的，而正态分布不相关与相互独 立是等价的，所以(X 1,X 2)和X 3是独立的。 0，问X 1与X 2是否独立? 2> (X 1,X 2)和X 3是否 现代地理学中的数学方法 本次作业数据主要来源于《2013安徽统计年鉴》，由于部分数据缺失，故用《2012年安徽统计年鉴》中的数据进行了选取与处理；本次作业选取的指标有X1（人均GDP/元）、 X2（第三产业增加值/千万元）、X3（第三产业占GDP的比重/%）、X4（第三产业从业人员数比重/%）X5（第二产业占GDP的比重/%）、X6（总人口/万人）、X7（农民人均纯收入/元）、X8（城镇居民可支配收入/元）、X9（市区人民人均医疗保健消费支出/元）、X10（非农业人口比重/%）、X11（地方财政收入/万元）、X12（规模以上工业总产值/千万元）、X13（农业总产值/万元）、X14（商品进出口总额/美元）、X15（社会消费品零售总额/万元）、 X16（实际利用外资额/万美元）。 运用spss19.0，首先对原始数据进行标准化处理，后经过降维进行因子分析，得到表1相关系数矩阵、表2表征值及贡献率、表3主成分载荷因子矩阵、表4主成分得分。 表1 2012年安徽省各市有关指标相关系数矩阵 X1X2X3X4X4X6X7X8X9X10X11X12X13X14X15X16 X1 1.000 X20.276 1.000 X3-0.309 0.343 1.000 X40.79 0.394 0.034 1.000 X40.809 0.043 -0.672 0.589 1.000 X6-0.417 0.587 0.255 -0.375 -0.516 1.000 X70.826 0.192 -0.102 0.733 0.659 -0.549 1.000 X80.758 0.343 -0.164 0.61 0.584 -0.254 0.823 1.000 X9-0.06 0.018 -0.286 0.013 0.124 -0.024 0.043 0.131 1.000 X100.832 0.131 -0.504 0.725 0.916 -0.486 0.62 0.528 0.21 1.000 X110.391 0.977 0.274 0.508 0.187 0.451 0.348 0.435 0.038 0.263 1.000 X120.474 0.938 0.095 0.532 0.303 0.429 0.376 0.453 0.077 0.343 0.962 1.000 X13-0.582 0.341 0.257 -0.51 -0.708 0.913 -0.648 -0.362 0.118 -0.659 0.184 0.17 1.000 X140.643 0.901 0.153 0.612 0.346 0.296 0.523 0.635 0.013 0.421 0.93 0.926 0.044 1.000 X150.145 0.977 0.338 0.274 -0.054 0.709 0.039 0.22 0.007 0.029 0.936 0.896 0.468 0.822 1.000 X160.524 0.806 0.066 0.604 0.358 0.226 0.586 0.729 0.218 0.354 0.86 0.892 0.034 0.871 0.729 1.000 表2 表征值及贡献率 成份初始特征值提取平方和载入多元统计分析期末试题及答案
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