31 回归分析的基本思想及其初步应用( 二)课件(人教A版选修2 3).ppt
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1、3.1回归分析的基回归分析的基本思想及其初步本思想及其初步应用(二)应用(二)高二数学高二数学 选修选修2-32023-1-4 比数学3中“回归”增加的内容数学数学统计统计1.画散点图画散点图2.了解最小二乘法了解最小二乘法的思想的思想3.求回归直线方程求回归直线方程ybxa4.用回归直线方程用回归直线方程解决应用问题解决应用问题选修-统计案例1.引入线性回归模型引入线性回归模型ybxae4.了解模型中随机误差项了解模型中随机误差项e产产生的原因生的原因5.了解相关指数了解相关指数 R2 和模型拟和模型拟合的效果之间的关系合的效果之间的关系6.了解残差图的作用了解残差图的作用7.利用线性回归模
2、型解决一类利用线性回归模型解决一类非线性回归问题非线性回归问题8.正确理解分析方法与结果正确理解分析方法与结果2023-1-4回归分析的内容与步骤:回归分析的内容与步骤:统计检验通过后,最后是统计检验通过后,最后是利用回归模型,根据自变量去估计、利用回归模型,根据自变量去估计、预测因变量预测因变量。回归分析通过一个变量或一些变量的变化解释回归分析通过一个变量或一些变量的变化解释另一变量的变化。另一变量的变化。其主要内容和步骤是:其主要内容和步骤是:首先根据理论和对问题的分析判断,首先根据理论和对问题的分析判断,将变量分为自变量和因变将变量分为自变量和因变量量;其次,设法其次,设法找出合适的数学
3、方程式(即回归模型)找出合适的数学方程式(即回归模型)描述变量间描述变量间的关系;的关系;由于涉及到的变量具有不确定性,接着还要由于涉及到的变量具有不确定性,接着还要对回归模型进行对回归模型进行统计检验统计检验;2023-1-4例例1 从某大学中随机选取从某大学中随机选取8名女大学生,其身高和体重数据如表名女大学生,其身高和体重数据如表1-1所示。所示。编号12345678身高/cm165165 157 170 175 165 155 170体重/kg4857505464614359求根据一名女大学生的身高预报她的体重的回归方程,并预报一名身高为求根据一名女大学生的身高预报她的体重的回归方程,
4、并预报一名身高为172cm的女大学生的体重。的女大学生的体重。案例案例1:女大学生的身高与体重:女大学生的身高与体重解:解:1、选取身高为自变量、选取身高为自变量x,体重为因变量,体重为因变量y,作散点图:,作散点图:2、由散点图知道身高和体重有比较、由散点图知道身高和体重有比较好的线性相关关系,因此可以用线性好的线性相关关系,因此可以用线性回归方程刻画它们之间的关系。回归方程刻画它们之间的关系。2023-1-4172.85849.0 xy分析:由于问题中分析:由于问题中要求根据身高预报要求根据身高预报体重,因此选取身体重,因此选取身高为自变量,体重高为自变量,体重为因变量为因变量学学身身高高
5、172cm女172cm女大大生生体体重重y=0.849y=0.849172-85.712=60.316(kg)172-85.712=60.316(kg)2.2.回归方程:回归方程:1.散点图;散点图;本例中本例中,r=0.7980.75这表明体重与身高有很强的线性相关关这表明体重与身高有很强的线性相关关系,从而也表明我们建立的回归模型是有意义的。系,从而也表明我们建立的回归模型是有意义的。2023-1-4探究:探究:身高为身高为172cm的女大学生的体重一定是的女大学生的体重一定是60.316kg吗?如果不是,你能解析一下原因吗?吗?如果不是,你能解析一下原因吗?答:身高为答:身高为172cm
6、的女大学生的体重不一定是的女大学生的体重不一定是60.316kg,但一般可以认为她的体重接近于,但一般可以认为她的体重接近于60.316kg。即,用这个回归方程不能给出每个身高为即,用这个回归方程不能给出每个身高为172cm的女大学生的体重的预测值,只能给出她们平均的女大学生的体重的预测值,只能给出她们平均体重的值。体重的值。2023-1-43.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)3.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)例例1 从某大学中随机选取从某大学中随机选取8名女大学生,其身高和体重数据如表名女大学生,其身高和体重数据如表1-1
7、所示。所示。编号12345678身高/cm165165 157 170 175 165 155 170体重/kg4857505464614359求根据一名女大学生的身高预报她的体重的回归方程,并预报一名身高为求根据一名女大学生的身高预报她的体重的回归方程,并预报一名身高为172cm的女大学生的体重。的女大学生的体重。案例案例1:女大学生的身高与体重:女大学生的身高与体重解:解:1、选取身高为自变量、选取身高为自变量x,体重为因变量,体重为因变量y,作散点图:,作散点图:2、由散点图知道身高和体重有比较、由散点图知道身高和体重有比较好的线性相关关系,因此可以用线性好的线性相关关系,因此可以用线性
8、回归方程刻画它们之间的关系。回归方程刻画它们之间的关系。3、从散点图还看到,样本点散布在、从散点图还看到,样本点散布在某一条直线的附近,而不是在一条某一条直线的附近,而不是在一条直线上,所以不能用一次函数直线上,所以不能用一次函数y=bx+a描述它们关系。描述它们关系。2023-1-43.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)3.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)我们可以用下面的我们可以用下面的线性回归模型线性回归模型来表示:来表示:y=bx+a+e,(3)其中其中a和和b为模型的未知参数,为模型的未知参数,e称为随机误差称为随机误差
9、。y=bx+a+e,E(e)=0,D(e)=(4)在线性回归模型在线性回归模型(4)中,随机误差中,随机误差e的方差的方差 越小,通过越小,通过回归直线回归直线 (5)2预报真实值预报真实值y的精度越高。随机误差是引起预报值的精度越高。随机误差是引起预报值 与真实值与真实值y之间的误差的原因之一,其大小取决于随机误差的方差。之间的误差的原因之一,其大小取决于随机误差的方差。另一方面,由于公式另一方面,由于公式(1)和和(2)中中 和和 为截距和斜率的估计值,为截距和斜率的估计值,它们与真实值它们与真实值a和和b之间也存在误差,这种误差是引起预报值之间也存在误差,这种误差是引起预报值与真实值与真
10、实值y之间误差的另一个原因。之间误差的另一个原因。y ab2023-1-43.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)3.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)思考思考:产生随机误差项产生随机误差项e的原因是什么?的原因是什么?随机误差随机误差e e的来源的来源(可以推广到一般):可以推广到一般):1、忽略了其它因素的影响:影响身高、忽略了其它因素的影响:影响身高 y 的因素不只的因素不只是体重是体重 x,可能还包括遗传基因、饮食习惯、生,可能还包括遗传基因、饮食习惯、生长环境等因素;长环境等因素;2、用线性回归模型近似真实模型所引起的误差
11、;、用线性回归模型近似真实模型所引起的误差;3、身高、身高 y 的观测误差。的观测误差。以上三项误差越小,说明我们的回归模型的拟合以上三项误差越小,说明我们的回归模型的拟合效果越好。效果越好。2023-1-43.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)3.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)函数模型与回归模型之间的差别函数模型与回归模型之间的差别函数模型:回归模型:可以提供选择模型的准则2023-1-43.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)3.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3
12、)eabxyabxy函数模型与回归模型之间的差别函数模型与回归模型之间的差别函数模型:回归模型:线性回归模型线性回归模型y=bx+a+e增加了随机误差项增加了随机误差项e,因变量,因变量y的值由自变量的值由自变量x和和随机误差项随机误差项e共同确定,即共同确定,即自变量自变量x只能解析部分只能解析部分y的变化的变化。在统计中,我们也把自变量在统计中,我们也把自变量x称为解析变量,因变量称为解析变量,因变量y称为预报变量。称为预报变量。所以,对于身高为所以,对于身高为172cm的女大学生,由回归方程可以预报其体重为的女大学生,由回归方程可以预报其体重为 0.849 7285.71260.316(
13、)ykg2023-1-43.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)3.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)eabxyabxy思考:思考:如何刻画预报变量(体重)的变化?这个变化在多大程度上如何刻画预报变量(体重)的变化?这个变化在多大程度上与解析变量(身高)有关?在多大程度上与随机误差有关?与解析变量(身高)有关?在多大程度上与随机误差有关?假设身高和随机误差的不同不会对体重产生任何影响,那么所有人的体重将相假设身高和随机误差的不同不会对体重产生任何影响,那么所有人的体重将相同。同。在体重不受任何变量影响的假设下,设在体重不受任何变量影
14、响的假设下,设8名女大学生的体重都是她们的平均值,名女大学生的体重都是她们的平均值,即即8个人的体重都为个人的体重都为54.5kg。54.554.554.554.554.554.554.554.5体重/kg170155165175170157165165身高/cm87654321编号54.5kg在散点图中,所有的点应该落在同一条在散点图中,所有的点应该落在同一条水平直线上,但是观测到的数据并非如水平直线上,但是观测到的数据并非如此。此。这就意味着这就意味着预报变量(体重)的值预报变量(体重)的值受解析变量(身高)或随机误差的影响受解析变量(身高)或随机误差的影响。对回归模型进行统计检验对回归模
15、型进行统计检验2023-1-43.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)3.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)5943616454505748体重/kg170155165175170157165165身高/cm87654321编号 例如,编号为例如,编号为6的女大学生的体重并没有落在水平直线上,她的体重为的女大学生的体重并没有落在水平直线上,她的体重为61kg。解析。解析变量(身高)和随机误差共同把这名学生的体重从变量(身高)和随机误差共同把这名学生的体重从54.5kg“推推”到了到了61kg,相差,相差6.5kg,所以所以6.5kg
16、是解析变量和随机误差的是解析变量和随机误差的组合效应组合效应。编号为编号为3的女大学生的体重并也没有落在水平直线上,她的体重为的女大学生的体重并也没有落在水平直线上,她的体重为50kg。解析。解析变量(身高)和随机误差共同把这名学生的体重从变量(身高)和随机误差共同把这名学生的体重从50kg“推推”到了到了54.5kg,相差,相差-4.5kg,这时解析变量和随机误差的组合效应为这时解析变量和随机误差的组合效应为-4.5kg。用这种方法可以对所有预报变量计算组合效应。用这种方法可以对所有预报变量计算组合效应。数学上,把每个效应(观测值减去总的平均值)的平方加起来,即用数学上,把每个效应(观测值减
17、去总的平均值)的平方加起来,即用21()niiyy表示总的效应,称为表示总的效应,称为总偏差平方和总偏差平方和。在例在例1中,总偏差平方和为中,总偏差平方和为354。2023-1-43.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)3.1 回归分析的基本思想及其初步应用(二)课件(人教A版选修2-3)5943616454505748体重/kg170155165175170157165165身高/cm87654321编号 那么,在这个总的效应(总偏差平方和)中,有多少来自于解析变量(身高)?那么,在这个总的效应(总偏差平方和)中,有多少来自于解析变量(身高)?有多少来自于随机
18、误差?有多少来自于随机误差?假设随机误差对体重没有影响,也就是说,体重仅受身高的影响,那么散点图假设随机误差对体重没有影响,也就是说,体重仅受身高的影响,那么散点图中所有的点将完全落在回归直线上。但是,在图中,数据点并没有完全落在回归中所有的点将完全落在回归直线上。但是,在图中,数据点并没有完全落在回归直线上。直线上。这些点散布在回归直线附近,所以一定是随机误差把这些点从回归直线上这些点散布在回归直线附近,所以一定是随机误差把这些点从回归直线上“推推”开了开了。在例在例1中,残差平方和约为中,残差平方和约为128.361。因此,数据点和它在回归直线上相应位置的差异因此,数据点和它在回归直线上相
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