第十章多元相关与回归分析.ppt

第 10 章 多元线性回归,10.1 多元线性回归模型 10.2 回归方程的拟合优度10.3 显著性检验10.4 多重共线性10.5 哑变量回归10.6 非线性回归,学习目标,1.回归模型、回归方程、估计的回归方程2.回归方程的拟合优度回归方程的显著性检验利用回归方程进行估计和预测非线性回归用 SPSS 进行回归分析,10.1 多元线性回归模型,10.1.1 多元回归模型与回归方程10.1.2 估计的多元回归方程10.1.3 参数的最小二乘估计,多元回归模型与回归方程,多元回归模型(multiple regression model),一个因变量与两个及两个以上自变量的回归描述因变量 y 如何依赖于自变量 x1，x2，xk 和误差项 的方程，称为多元回归模型涉及 k 个自变量的多元回归模型可表示为,b0，b1，b2，bk是参数 是被称为误差项的随机变量 y 是x1,，x2，xk 的线性函数加上误差项 包含在y里面但不能被k个自变量的线性关系所解释的变异性,多元回归模型(基本假定),误差项是一个期望值为0的随机变量，即E()=0对于自变量x1，x2，xk的所有值，的方差 2都相同误差项是一个服从正态分布的随机变量，即N(0,2)，且相互独立,多元回归方程(multiple regression equation),描述因变量 y 的平均值或期望值如何依赖于自变量 x1，x2，xk的方程多元线性回归方程的形式为 E(y)=0+1 x1+2 x2+k xk,b1，b2，bk称为偏回归系数 bi 表示假定其他变量不变，当 xi 每变动一个单位时，y 的平均变动值,二元回归方程的直观解释,估计的多元回归方程,估计的多元回归的方程(estimated multiple regression equation),用样本统计量 估计回归方程中的 参数 时得到的方程由最小二乘法求得一般形式为,是 的估计值 是 y 的估计值,参数的最小二乘估计,参数的最小二乘法,求解各回归参数的标准方程如下,使因变量的观察值与估计值之间的离差平方和达到最小来求得。即,参数的最小二乘法(例题分析),【例】一家大型商业银行在多个地区设有分行，为弄清楚不良贷款形成的原因，抽取了该银行所属的25家分行2002年的有关业务数据。试建立不良贷款y与贷款余额x1、累计应收贷款x2、贷款项目个数x3和固定资产投资额x4的线性回归方程，并解释各回归系数的含义,10.2 回归方程的拟合优度,10.2.1 多重判定系数10.2.2 估计标准误差,多重判定系数,多重判定系数(multiple coefficient of determination),回归平方和占总平方和的比例计算公式为因变量取值的变差中，能被估计的多元回归方程所解释的比例,在样本容量一定的条件下，不断向模型中增加自变量，即使新增的变量与Y不相关，模型的R2也可能上升，至少不会下降。在实际应用中，研究人员更欢迎简单的模型，这样的模型更简单和易于解释。如果根据R2来选择模型，显然会倾向于复杂的模型。更常用的指标是“修正后的Ra2”。,修正的判定系数,修正多重判定系数(adjusted multiple coefficient of determination),用样本量n和自变量的个数k去修正R2得到 计算公式为避免增加自变量而高估 R2意义与 R2类似数值小于R2,估计标准误差 Se,对误差项的标准差 的一个估计值衡量多元回归方程的拟合优度计算公式为,12.3 显著性检验,12.3.1 线性关系检验12.3.2 回归系数检验和推断,线性关系检验,线性关系检验,检验因变量与所有自变量之间的线性关系是否显著也被称为总体的显著性检验检验方法是将回归均方(MSR)同残差均方(MSE)加以比较，应用 F 检验来分析二者之间的差别是否显著如果是显著的，因变量与自变量之间存在线性关系如果不显著，因变量与自变量之间不存在线性关系,线性关系检验,提出假设H0：12k=0 线性关系不显著H1：1，2，k至少有一个不等于0,2.计算检验统计量F,确定显著性水平和分子自由度k、分母自由度n-k-1找出临界值F 4.作出决策：若FF，拒绝H0,回归系数检验和推断,回归系数检验和推断,回归方程显著，并不意味着每个解释变量对因变量Y的影响都重要,因此需要进行检验：,回归系数检验的必要性,回归方程显著,每个回归系数都显著,回归系数的检验(步骤),提出假设H0：bi=0(自变量 xi 与 因变量 y 没有线性关系)H1：bi 0(自变量 xi 与 因变量 y有线性关系)计算检验的统计量 t,确定显著性水平，并进行决策 tt，拒绝H0；tt，不拒绝H0,回归系数的推断(置信区间),回归系数在(1-)%置信水平下的置信区间为,回归系数的抽样标准差,10.4 多重共线性,10.4.1 多重共线性及其所产生的问题10.4.2 多重共线性的判别10.4.3 多重共线性问题的处理,多重共线性及其产生的问题,多重共线性,回归模型中两个或两个以上的自变量彼此相关多重共线性带来的问题有t检验值会减小、系数的显著性下降。对于一组存在高度多重共线性的自变量，很难对单个系数进行解释。有可能导致各回归系数的符号同我们的预期相反。,多重共线性的识别,多重共线性的识别,检测多重共线性的最简单的一种办法是计算模型中各对自变量之间的相关系数，并对各相关系数进行显著性检验若有一个或多个相关系数显著，就表示模型中所用的自变量之间相关，存在着多重共线性如果出现下列情况，暗示存在多重共线性模型中各对自变量之间显著相关当模型的线性关系检验(F检验)显著时，几乎所有回归系数的t检验却不显著 回归系数的正负号与预期的相反,多重共线性(例题分析),【例】判别各自变量之间是否存在多重共线性,贷款余额、应收贷款、贷款项目、固定资产投资额之间的相关矩阵,多重共线性(例题分析),【例】判别各自变量之间是否存在多重共线性,相关系数的检验统计量,多重共线性(例题分析),t(25-2)=2.0687，所有统计量t t(25-2)=2.0687，所以均拒绝原假设，说明这4个自变量两两之间都有显著的相关关系由表中的结果可知，回归模型的线性关系显著(Significance-F1.03539E-06=0.05)。这也暗示了模型中存在多重共线性固定资产投资额的回归系数为负号(-0.029193)，与预期的不一致,多重共线性问题的处理,多重共线性(问题的处理),将一个或多个相关的自变量从模型中剔除，使保留的自变量尽可能不相关如果要在模型中保留所有的自变量，则应避免根据 t 统计量对单个参数进行检验对因变量值的推断(估计或预测)的限定在自变量样本值的范围内,多元回归中的变量筛选,在多元回归中，预先选定的自变量不一定都对Y有显著的影响。有一些统计方法可以帮助我们从众多可能的自变量中筛选出重要的自变量。,SPSS软件提供了多种筛选自变量的方法：“向前引入法（Forward）”“向后剔除法（Backward）”“逐步引入剔除法（Stepwise）”,变量选择过程,在建立回归模型时，对自变量进行筛选选择自变量的原则是对统计量进行显著性检验将一个或一个以上的自变量引入到回归模型中时，是否使得残差平方和(SSE)有显著的减少。如果增加一个自变量使SSE的减少是显著的，则说明有必要将这个自变量引入回归模型，否则，就没有必要将这个自变量引入回归模型确定引入自变量是否使SSE有显著减少的方法，就是使用F统计量的值作为一个标准，以此来确定是在模型中增加一个自变量，还是从模型中剔除一个自变量变量选择的方法主要有：逐步回归、向前选择、向后剔除,向前选择(forward selection),从模型中没有自变量开始对k个自变量分别拟合对因变量的一元线性回归模型，共有k个，然后找出F统计量的值最高的模型及其自变量，并将其首先引入模型 分别拟合引入模型外的k-1个自变量的线性回归模型 如此反复进行，直至模型外的自变量均无统计显著性为止,向后剔除(backward elimination),先对因变量拟合包括所有k个自变量的回归模型。然后考察p(pk)个去掉一个自变量的模型(这些模型中每一个都有的k-1个自变量)，使模型的SSE值减小最少的自变量被挑选出来并从模型中剔除考察p-1个再去掉一个自变量的模型(这些模型中在每一个都有k-2个的自变量)，使模型的SSE值减小最少的自变量被挑选出来并从模型中剔除如此反复进行，一直将自变量从模型中剔除，直至剔除一个自变量不会使SSE显著减小为止,逐步回归的思想,将变量逐一引入回归方程，先建立与y相关最密切的一元线性回归方程，然后再找出第二个变量，建立二元线性回归方程，。在每一步中都要对引入变量的显著性作检验，仅当其显著时才引入，而每引入一个新变量后，对前面已引进的变量又要逐一检验，一旦发现某变量变得不显著了，就要将它剔除。这些步骤反复进行，直到引入的变量都是显著的而没有引入的变量都是不显著的时，就结束挑选变量的工作。可以设定引入和删除变量的条件。,10.5 哑变量回归 10.5.1 在模型中引进哑变量 10.5.2 含有一个哑变量的回归,10.5.1 在模型中引进哑变量,哑变量(dummy variable),也称虚拟变量。用数字代码表示的定性自变量哑变量可有不同的水平只有两个水平的哑变量比如，性别(男，女)有两个以上水平的哑变量贷款企业的类型(家电，医药，其他)哑变量的取值为0，1,在回归中引进哑变量,回归模型中使用哑变量时，称为哑变量回归当定性变量只有两个水平时，可在回归中引入一个哑变量比如，性别(男，女)一般而言，如果定性自变量有k个水平，需要在回归中模型中引进k-1个哑变量,在回归中引进哑变量(例题分析),例为研究考试成绩与性别之间的关系，从某大学商学院随机抽取男女学生各8名，得到他们的市场营销学课程的考试成绩如右表,10.5.2 含有一个哑变量的回归,在回归中引进哑变量(例题分析),【例】建立考试分数与性别之间的线性回归方程，并解释回归系数的含义,哑变量回归(例题分析),引进哑变量时，回归方程表示为E(y)=0+1x男(x=0)：E(y)=0男学生考试成绩的期望值女(x=1)：E(y)=0+1女学生考试成绩的期望值注意：当指定哑变量0，1时0总是代表与哑变量值0所对应的那个分类变量水平的平均值1总是代表与哑变量值1所对应的那个分类变量水平的平均值与哑变量值0所对应的那个分类变量水平的平均值的差值，即 平均值的差值=(0+1)-0=1,哑变量回归(例题分析),考试成绩与性别的回归,男学生考试分数的平均值,女学生与男学生平均考试分数的差值,用SPSS进行哑变量回归(有一个哑变量和有一个数值变量),第1步：选择【Analyze】，并选择【General Linear Model-Univaiate】进入主对话框第2步：将因变量(考试成绩)选入【Dependent Variable】，将自变量(性别)选入【Fixed Factor(s)】(模型中还含有一个数值自变量时，将数值自变量选入【Covariate(s)】)第3步：点击【Model】，并点击【Custom】；将性别F选入【Model】(若模型中还含有工作年限自变量时，将工作年限C也选入【Model】；在【Build Term(s)】下选择【Main effects】。点击【Continue】回到主对话框。点击【Options】，在【Display】下选中【Parameter estimates】(估计模型中的参数)。点击【Continue】回到主对话框。点击【OK】,SPSS,哑变量回归(例题分析只含一个哑变量),SPSS的输出结果,方差分析表：F=5.326，Sig.=0.037，回归模型显著,男=1，女=0。女学生考试成绩的期望值=81.75分；男学生比女学生平均低14.875分,哑变量回归(例题分析),【例】为研究工资水平与工作年限和性别之间的关系，在某行业中随机抽取10名职工，所得数据如右表,哑变量回归(例题分析Excel),Excel输出的结果,哑变量回归(例题分析SPSS),SPSS,哑变量回归(例题分析SPSS),SPSS,用工作年限和性别预测的月工资水平及其残差,哑变量回归(例题分析),引进哑变量时，回归方程写为 E(y)=0+1x1+2x2女(x2=0)：E(y|女性)=0+1x1男(x2=1)：E(y|男性)=(0+2)+1x10 的含义表示：女性职工的期望月工资收入(x1=0时)(0+2)的含义表示：男性职工的期望月工资收入(x1=0时)1含义表示：工作年限每增加1年，男性或女性工资的平均增加值 2含义表示：男性职工的期望月工资收入与女性职工的期望月工资收入之间的差值(0+2)-0=2,例题分析,【例】某经济学家想调查文化程度对家庭储蓄的影响，在一个中等收入的样本框中，随机调查了13户高等学历家庭与14户中低学历的家庭。因变量y为上一年家庭储蓄增加额，自变量 为上一年家庭总收入，自变量 表示家庭学历。高学历家庭，低学历家庭，调查数据见下表。,建立 对 的线性回归，并计算残差,两个自变量 与 的系数都是显著的，多重判定系数，回归方程为,该结果表明，中等收入的家庭每增加1万元收入，平均拿出3826元作为储蓄。高学历家庭每年的平均储蓄额少于低学历的家庭，平均少3701元。,如果不引入学历定性变量，用 对家庭年收入 作一元线性回归，得 说明拟合效果不好。对 的一元回归残差 见表中。,如果不考虑家庭年收入，13户高学历家庭的平均年储蓄增加额为3008.62元，14户低学历家庭的平均年储蓄增加额为5059.36元，高学历家庭每年的储蓄额比低学历的家庭平均少5059.363008.622050.74元，而用前面的回归法算出的值是3701元，两者并不相等。3701元是在假设两者的家庭年收入相等的基础上的储蓄差值，反映了学历高低对储蓄额的真实差异。,10.6 非线性回归,10.6.1 双曲线10.6.2 幂函数曲线10.6.3 对数曲线,非线性回归,1.因变量 y 与 x 之间不是线性关系2.可通过变量代换转换成线性关系用最小二乘法求出参数的估计值并非所有的非线性模型都可以化为线性模型,双曲线,基本形式：线性化方法令：y=1/y，x=1/x,则有y=+x图像,幂函数曲线,基本形式：线性化方法两端取对数得：lg y=lg+lg x令：y=lgy，x=lg x，则y=lg+x图像,对数曲线,基本形式：线性化方法x=lnx,则有y=+x图像,SPSS中可以进行的曲线回归包括：,曲线回归的计算机实现：Spss：analyzeregressioncurve estimation；Eviews：quickestimate equation。,例题：我国19782002年人均GDP数据（1978年不变价），试建立人均GDP与时间之间的回归方程。,1、画出散点图,2、计算相关系数,3、进行回归,3、进行回归,4、精细比较（1）二次曲线：决定系数（2）三次曲线：决定系数,4、精细比较（1）二次曲线：F检验（2）三次曲线：F检验,4、精细比较（1）二次曲线：回归系数（2）三次曲线：回归系数,本章小结,变量间关系的度量回归模型、回归方程与估计的回归方程回归直线的拟合优度回归分析中的显著性检验用SPSS 进行回归分析,结 束,THANKS,