統(tǒng)計(jì)學(xué)第十一章

1、第十一章 相關(guān)與回歸分析,變量間關(guān)系的度量一元線性回歸分析,第一節(jié) 變量間關(guān)系的度量,變量間的關(guān)系相關(guān)關(guān)系的描述與測度,一、變量間的關(guān)系,在生產(chǎn)經(jīng)營活動中，我們經(jīng)常要對變量之間的關(guān)系進(jìn)行分析。比如，在企業(yè)生產(chǎn)中，我們要對影響生產(chǎn)成本的各種因素進(jìn)行分析，以達(dá)到控制成本的目的；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我們需要研究農(nóng)作物產(chǎn)量與施肥量的關(guān)系，以便分析施肥量對產(chǎn)量的影響，進(jìn)而確定合理的施肥量；商業(yè)活動中，我們需要分析廣告費(fèi)支出與銷售量之間的關(guān)系，進(jìn)而

2、通過廣告費(fèi)支出來預(yù)測銷售量等。變量之間的關(guān)系形態(tài)可分為兩種類型：函數(shù)關(guān)系和相關(guān)關(guān)系。,,我們比較熟悉的,一、變量間的關(guān)系,例１：某種產(chǎn)品的銷售額和銷售量之間的關(guān)系。設(shè)銷售額為y，銷售量為x，銷售價(jià)格為p，則x與y之間的關(guān)系可表示為y=px。這就是說，在銷售價(jià)格不變的情況下，對于該商品的某一銷售量，總有一個(gè)銷售額與之對應(yīng)，即銷售額完全由銷售量所確定，二者之間為線性函數(shù)關(guān)系。,例２：企業(yè)的原材料消耗額（y）與產(chǎn)量（x1），單位產(chǎn)品消耗（x

3、2），原材料價(jià)格（x3）之間的關(guān)系可表示為y=x1x2x3。這里的y與x1、x2、x3之間是一種確定的函數(shù)關(guān)系，但它們不是線性函數(shù)關(guān)系。,函數(shù)關(guān)系是一一對應(yīng)的確定關(guān)系。,但實(shí)際問題中，變量之間的關(guān)系往往不那么簡單?！　　　±纾何覀兛疾旒彝π钆c家庭收入這兩個(gè)變量，它們之間不存在完全確定的關(guān)系。,定義１：我們把變量之間存在的不確定的數(shù)量關(guān)系稱為相關(guān)關(guān)系。,例３：從遺傳學(xué)角度看，子女的身高（y）與其父母的身高（x）有很大關(guān)系?！　　　?/p>

4、一般來說，父母身高較高時(shí)，其子女的身高通常也高，父母身高較低時(shí)，其子女的身高通常也較低。但實(shí)際情況并不完全如此，因?yàn)樗鼈冎g不是完全確定的關(guān)系。顯然，子女的身高并不完全由父母身高一個(gè)因素所決定，還受其他許多因素的影響，因此二者之間屬于相關(guān)關(guān)系。,總結(jié)：從上面的例子可以看出，相關(guān)關(guān)系的特點(diǎn)是：一個(gè)變量的取值不能由另一個(gè)變量唯一確定，當(dāng)變量x取某個(gè)值時(shí)，變量y的取值可能有幾個(gè)。對這種關(guān)系不確定的變量顯然不能用函數(shù)關(guān)系進(jìn)行描述，但也不是無規(guī)律

5、可循。,通過大量數(shù)據(jù)的觀察與研究，我們會發(fā)現(xiàn)許多變量之間確定存在著一定的客觀規(guī)律。如：平均來說，父母身高較高時(shí)，其子女的身高一般也較高；收入水平高的家庭，其家庭儲蓄一般也較多。,相關(guān)與回歸分析正是描述與探索這類變量之間關(guān)系及其規(guī)律的統(tǒng)計(jì)方法。,二、相關(guān)關(guān)系的描述與測度,（一）散點(diǎn)圖（二）相關(guān)系數(shù),（一）散點(diǎn)圖,相關(guān)分析就是對兩個(gè)變量之間線性關(guān)系的描述與度量。對于兩個(gè)變量x和y，通過觀察或試驗(yàn)我們可以得到若干組數(shù)據(jù)，記為（xi,yi）（

6、i=1,2,3…）。相關(guān)分析所要解決的問題是，根據(jù)這些數(shù)據(jù)確定變量之間是否存在相關(guān)關(guān)系，如果存在的話，如何描述出它們之間的關(guān)系并對其關(guān)系強(qiáng)度進(jìn)行測度。,定義２：用坐標(biāo)的水平軸代表變量x，縱軸代表因變量y，每組數(shù)據(jù)（ xi,yi）在坐標(biāo)系中用一個(gè)點(diǎn)表示，n組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中形成的n個(gè)點(diǎn)稱為散點(diǎn)，由坐標(biāo)及散點(diǎn)形成的二維數(shù)據(jù)圖稱為散點(diǎn)圖。,(e)非線性相關(guān),(f )不相關(guān),不同形態(tài)的散點(diǎn)圖,例:一家大型商業(yè)銀行在多個(gè)地區(qū)設(shè)有分行,其業(yè)務(wù)主要是

7、進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、國家重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)、固定資產(chǎn)投資等項(xiàng)目的貸款。近年來，該銀行的貸款額平穩(wěn)增長，但不良貸款額也有較大比例提高，這給銀行業(yè)務(wù)的發(fā)展帶來壓力。為弄清楚不良貸款形成的原因，研究人員希望利用銀行業(yè)務(wù)的有關(guān)的有關(guān)數(shù)據(jù)作些定量分析，以便找出控制不良貸款的辦法。下表是該銀行所屬25家分行2002年的有關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。,某商業(yè)銀行2002年的主要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),,研究人員想知道，不良貸款是否與與貸款余額、應(yīng)收貸款，貸款項(xiàng)目的多少、固定資產(chǎn)投資等因素

8、有關(guān)？是什么樣的關(guān)系？關(guān)系強(qiáng)度如何？,由散點(diǎn)圖可以看出：不良貸款與貸款余額、應(yīng)收貸款、貸款項(xiàng)目個(gè)數(shù)、固定資產(chǎn)投資額之間都具有一定的線性關(guān)系，但從各散點(diǎn)的分布情況看，與貸款余額線性關(guān)系比較密切，而與固定資產(chǎn)投資額關(guān)系最不密切。,（二）相關(guān)系數(shù),通過散點(diǎn)圖可以判斷兩個(gè)變量之間有無相關(guān)關(guān)系，并對變量間的關(guān)系形態(tài)作出大致描述，但散點(diǎn)圖不能準(zhǔn)確反映變量之間的關(guān)系密切程度。因此，為準(zhǔn)確度量兩個(gè)變量之間的關(guān)系密切程度，需要計(jì)算相關(guān)系數(shù)。,定義3：根據(jù)

9、樣本數(shù)據(jù)計(jì)算的對兩個(gè)變量之間線性關(guān)系強(qiáng)度的度量值，稱為相關(guān)系數(shù)。若相關(guān)系數(shù)是根據(jù)總體全部數(shù)據(jù)計(jì)算的，稱為總體相關(guān)系數(shù)，記為ρ；若是根據(jù)樣本數(shù)據(jù)計(jì)算的，則稱為樣本相關(guān)系數(shù)，記為r。樣本相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為：,簡化公式為：,例：根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計(jì)算不良貸與貸款余額之間的相關(guān)系數(shù)。,各相關(guān)系數(shù)的各數(shù)值說明了什么？,可以證明：相關(guān)系數(shù)的取值范圍在+1～-1之間，即-1≤r≤1。若0＜r≤1,x與y之間存在正線性相關(guān)關(guān)系；-1≤r＜0，x與y

10、之間存在負(fù)線性相關(guān)關(guān)系；r=+1,表明x與y之間為完全正線性相關(guān)關(guān)系；r=-1,表明x與y之間為完全負(fù)線性相關(guān)關(guān)系；r=0時(shí)，表示兩個(gè)變量不存在線性相關(guān)關(guān)系。,注：r=0只表示兩個(gè)變量之間不存在線性相關(guān)關(guān)系，并不說明變量之間沒有任何關(guān)系，比如它們之間可能存在非線性相關(guān)關(guān)系。|r| 1，說明變量之間線性關(guān)系越密切。,,|r|≥0.8時(shí)，可視為高度相關(guān)，0.5≤|r|＜0.8時(shí)，可視為中度相關(guān)； 0.3≤|r|＜0.5時(shí)，視為

11、低度相關(guān)； |r|＜0.3時(shí)，說明兩個(gè)變量之間的相關(guān)程度極弱，可視為不相關(guān)。,三、相關(guān)關(guān)系的顯著性檢驗(yàn),一般情況下，總體相關(guān)系數(shù)ρ是未知的，通常是根據(jù)樣本相關(guān)系數(shù)r作為ρ的近似估計(jì)值。由于r是根據(jù)樣本數(shù)據(jù)計(jì)算出來的，它受到抽樣波動的影響，由于抽取的樣本不同，r取值不同，因此r是一個(gè)隨機(jī)變量。,注：能否根據(jù)樣本相關(guān)系數(shù)說明總體的相關(guān)程度呢？這就需要考察樣本相關(guān)系數(shù)的可靠性，也就是需要考察樣本相關(guān)系數(shù)的可靠性，也就是顯著性檢驗(yàn)。,第二節(jié)

12、一元線性回歸分析,相關(guān)分析 的目的在于測度變量之間的關(guān)系密切程度，它所使用的測度工具就是相關(guān)系數(shù)。回歸分析側(cè)重于考察變量之間的數(shù)量伴隨關(guān)系，并通過一定的數(shù)學(xué)表達(dá)式將這種關(guān)系描述出來，進(jìn)而確定一個(gè)或幾個(gè)變量（自變量）的變化對另一個(gè)特定變量（因變量）的影響程度。,一、一元線性回歸模型二、參數(shù)的最小二乘估計(jì),一、一元線性回歸模型,（一）回歸模型（二）回歸方程,（一）回歸模型,定義4：在回歸分析中，被預(yù)測或被解釋的變量，稱為因變量，用y表

13、示。定義5：在回歸分析中，用來預(yù)測或用來解釋因變量的一個(gè)或多個(gè)變量，稱為自變量，用x表示。,例如：在分析貸款余額對不良貸款的影響時(shí)，我們的目的是預(yù)測一定的貸款余額條件下的不良貸款是多少。因此不良貸款是被預(yù)測的變量，稱為因變量，而用來預(yù)測不良貸款的貸款余額就是自變量。,定義6：在回歸分析中，只涉及一個(gè)自變量的回歸，稱為一元回歸，若因變量y與自變量x之間為線性關(guān)系時(shí)稱為一元線性回歸。定義7：描述因變量y如何依賴于自變量x和誤差項(xiàng)ε的方程

14、，稱為回歸模型。,對于只涉及一個(gè)自變量的一元線性回歸模型可表示為：y=β0+β1x+ ε,,反映了由于x的變化而引起的y 的線性變化；,,稱為誤差項(xiàng)，是一個(gè)隨機(jī)變量，它反映了除x和y之間的線性關(guān)系之外的隨機(jī)因素對y的影響，是不能由x與y之間的線性關(guān)系所解釋的變異性,,β0、β1稱為模型的參數(shù),,以上模型有三個(gè)假定： （1）誤差項(xiàng)是一個(gè)期望值為零的正態(tài)分布隨機(jī)變量，并且ε相互獨(dú)立。 （2）當(dāng)x固定為某一值xi時(shí)，y為正態(tài)分布的隨

15、機(jī)變量，即y～N（β0+β1xi, σ2）（3）y的方差σ2是一個(gè)不變的常量； （4）每一對觀察數(shù)據(jù)（xi， yi ）和另一對觀察數(shù)據(jù)（ xi， yi ）都是相互獨(dú)立地進(jìn)行觀察所得到的。,,獨(dú)立性意味著對于一個(gè)特定的x值，它所對應(yīng)的ε與其他x值對應(yīng)的ε不相關(guān)。,（二）回歸方程,根據(jù)回歸方程中的假定，ε的期望值等于零，因此y的期望值E（y）= β0+β1x，也就是說y的期望值是x的線性函數(shù)。,定義8：描述因變量y的期望值如何依賴于自

16、變量x的方程，稱為回歸方程。一元線性回歸方程的形式為： E（y）= β0+β1x一元線性回歸方程的圖示是一條直線,因此也稱為直線回歸方程。,,β0為回歸直線在y軸上的截距， 當(dāng)x=0時(shí)y的期望值,,β1為直線的斜率，它表示當(dāng)x每變動一個(gè)單位時(shí)，y的平均變動值。,（三）估計(jì)的回歸方程,如果回歸方程中的參數(shù)β0和β1已知，對于一個(gè)給定的x值，利用式E（y）= β0+β1x可以計(jì)算出y的期望值。但回歸參數(shù)β0和β1是未

17、知的，我們必須利用樣本數(shù)據(jù)去估計(jì)它們。用樣本統(tǒng)計(jì)量 β0和β1代替回歸方程中的未知參數(shù)β0和β1 ，這時(shí)我們就得到了估計(jì)的回歸方程。,,,,,定義9：利用最小二乘法，根據(jù)樣本數(shù)據(jù)求出的回歸方程的估計(jì)，稱為估計(jì)的回歸方程。對于一元線性回歸，估計(jì)的回歸方程形式如下： y= β0+β1x,,,,,,,,β0為估計(jì)的回歸直線在y 軸上的截距,,β1為直線的斜率，它表示對于一個(gè)給定的x值，y是y的估計(jì)值,,,,,,,二、參數(shù)的最小二乘估計(jì),對于

18、x和y的n對觀察值，用于描述其關(guān)系的直線有多條，究竟用哪直線來代表兩個(gè)變量之間的關(guān)系，需要有一個(gè)明確的原則。我們采用距離各觀察點(diǎn)最近的一條直線來代表x與y之間的關(guān)系。最小二乘法是使因變量的觀察值yi與估計(jì)值yi之間的離差平方和達(dá)到最小來求得β0和β1的方法。即,,,,,,,定義10：使因變量的觀察值與估計(jì)值之間的離差平方和達(dá)到最小來求得β0和β1的方法，稱為最小二乘法。,令Q= ，求使

19、用權(quán)Q最小的β0和β1值，,例：根據(jù)數(shù)據(jù)，求不良貸款對貸款余額的估計(jì)方程。 解：根據(jù)公式： 即不良貸款對貸款余額的估計(jì)方程為： y=-0.8295+0.037895x。 回歸系數(shù)β1=0.037895, 表示貸款余額每增加1億元，不良貸款平均增加0.037895億元。將xi的各個(gè)取值代入上述估計(jì)方程，可