Тема №3 Оценка значимости параметров линейной регрессии и корреляции

Вопросы:

1.Оценка значимости уравнения регрессии с помощью f–критерия

2. Оценка значимости параметров уравнения линейной регрессии

1. Оценка значимости уравнения регрессии с помощью f–критерия

После того как уравнение линейной регрессии найдено, про­водится оценка значимости как уравнения в целом, так и отдель­ных его параметров.

Оценка значимости уравнения регрессии в целом дается с по­мощью критерия Фишера. При этом выдвигается нулевая ги­потеза, что коэффициент регрессии равен нулю, то есть и, сле­довательно, фактор не оказывает влияния на результат .

Непосредственному расчету F–критерия предшествует анализ дисперсии.

Центральное место в нем занимает разложе­ние общей суммы квадратов отклонений переменной от средне­го значения на две части — «объясненную» и «остаточную» («не­объясненную»):

Общая сумма квадратов отклонений индивидуальных значе­ний результативного признака у от среднего значения у вызвана влиянием множества причин.

Условно разделим всю совокупность причин на две группы:

– изучаемый фактор ;

–прочие факторы. Если фактор не оказывает влияния на результат, то линия регрес­сии на графике параллельна оси ОХ и .

Тогда вся дисперсия результативного признака обусловлена воздействием прочих факторов и общая сумма квадратов отклонений совпадет с оста­точной.

Если же прочие факторы не влияют на результат, то свя­зан с функционально и остаточная сумма квадратов равна нулю. В этом случае сумма квадратов отклонений, объясненная регрес­сией, совпадает с общей суммой квадратов.

Поскольку не все точки поля корреляции лежат на линии регрессии, то всегда имеет место их разброс, как обусловленный влиянием фактора , то есть регрессией по , так и вызванный действием прочих причин (необъясненная вариация).

Пригод­ность линии регрессии для прогноза зависит от того, какая часть общей вариации признака приходится на объясненную вариа­цию. Очевидно, что если сумма квадратов отклонений, обуслов­ленная регрессией, будет больше остаточной суммы квадратов, то уравнение регрессии статистически значимо и фактор оказывает существенное влияние на результат . Это равносильно тому, что коэффициент детерминации будет приближаться к единице.

Любая сумма квадратов отклонений связана с числом степе­ней свободы то есть с числом свободы незави­симого варьирования признака. Число степеней свободы связано с числом единиц совокупности и с числом определяемых по ней констант. Применительно к исследуемой проблеме число степе­ней свободы должно показать, сколько независимых отклонений из возможных требуется для об­разования данной суммы квадратов. Так, для общей суммы квад­ратов необходимо независимых отклонений, ибо по совокупности из единиц после расчета среднего уровня сво­бодно варьируют лишь число отклонений.

Например, имеем ряд значений : 1,2, 3, 4, 5. Среднее из них равно 3, и тог­да отклонений от среднего составят: – 2; – 1; 0; 1; 2. Поскольку , то свободно варьируют лишь четыре отклонения, а пятое отклонение может быть определено, если четыре предыду­щие известны.

При расчете объясненной, или факторной, суммы квадратов используются теоретические (расчетные) значения ре­зультативного признака найденные по линии регрессии. В линейной регрессии

В этом нетрудно убедиться, обратившись к формуле линейного коэффициента корреляции:

, (1)

Из формулы (2) видно, что

, (2)

где – дисперсия признака у, обусловленная фактором х;

– общая дисперсия признака у.

Соответственно сумма квадратов отклонений, обусловленных линейной регрессией, составит:

, (3)

Поскольку при заданном объеме наблюдений по и фактор­ная сумма квадратов при линейной регрессии зависит только от одной константы коэффициента регрессии , то данная сумма квадратов имеет одну степень свободы. К этому же выводу при­дем, если рассмотрим содержательную сторону расчетного значе­ния признака , то есть . Величина определяется по уравнению линейной регрессии:

, (4)

Параметр можно найти как . Подставив выраже­ние параметра в линейную модель, получим:

, (5)

Отсюда видно, что при заданном наборе переменных и расчетное значение является функцией лишь одного парамет­ра – коэффициента регрессии. Соответственно и факторная сумма квадратов отклонений имеет число степеней свободы, равное 1.

Существует равенство между числом степеней свободы общей, факторной и остаточной суммами квадратов. Число степе­ней свободы остаточной суммы квадратов при линейной регрес­сии составляет . Число степеней свободы для общей суммы квадратов определяется числом единиц, и поскольку мы используем среднюю вычисленную по данным выборки, то теряем одну степень свободы, то есть . Итак, имеем два равенства:

(6)

Разделив каждую сумму квадратов на соответствующее ей число степеней свободы, получим средний квадрат отклонений или дисперсию на одну степень свободы .

, (7)

, (8)

, (9)

Определение дисперсии на одну степень свободы приводит дисперсии к сравнимому виду. Сопоставляя факторную и оста­точную дисперсии в расчете на одну степень свободы, получим величину F –отношения, то есть критерий F:

, (10)

F–статистика используется для проверки нулевой гипотезы

:

Если нулевая гипотеза справедлива, то факторная и оста­точная дисперсии не отличаются друг от друга. Если не­справедлива, то факторная дисперсия превышает остаточную в несколько раз. Английским статистиком Снедекором разработа­ны таблицы критических значений F–отношений при разных уровнях значимости нулевой гипотезы и различном числе степе­ней свободы.

Табличное значение F– критерия – это максималь­ная величина отношения дисперсий, которая может иметь место при случайном расхождении их для данного уровня вероятности наличия нулевой гипотезы. Вычисленное значение F –отношения признается достоверным (отличным от единицы), если оно боль­ше табличного. В этом случае нулевая гипотеза об отсутствии свя­зи признаков отклоняется и делается вывод о существенности этой связи:

> , отклоняется (11)

Если же величина F окажется меньше табличной, то вероят­ность нулевой гипотезы выше заданного уровня (например, 0,05) и она не может быть отклонена без риска сделать неправильный вывод о наличии связи. В этом случае уравнение регрессии считается статистически незначимым:

< , не отклоняется (12)

Величина F– критерия связана с коэффициентом детермина­ции . Факторную сумму квадратов отклонений можно предста­вить как

, (13)

а остаточную сумму квадратов

, (14)

Тогда значение F-критерия можно выразить следующим образом:

, (15)