v0.5.7.final / 01
.pdf1 Тема 02: Построение эмпирических статистических моделей ХТП
§2. Элементы корреляционного и регрессионного анализа
Для иллюстрации метода корреляционного анализа рассмотрим две случайные величины Х и Y, для которых известны законы распределения. Предположим, что для них будет справедливо простейшее приближённое уравнение регрессии
|
|
|
|
|
ˆ |
|
a0 |
|
a1x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Представим поле корреляции Y, Х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Y |
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
а |
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
X |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РХТУ им. Д.И. Менделеева |
Кафедра информатики и компьютерного моделирования |
2 Тема 02: Построение эмпирических статистических моделей ХТП
Эмпирическое корреляционное отношение, характеризующее тесноту связи между Y и Х
(n p)S 2
η1 R
(n 1)S y2
Остаточная дисперсия, характеризующая погрешность уравнения регрессии и рассчитывается по формуле
|
|
n |
|
|
|
|
|
эксп ˆ |
) |
2 |
|
|
|
( yi |
yi |
|
|
S 2 |
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
R |
|
n p |
|
|
|
|
|
|
|
|
р – число значимых коэффициентов регрессии
РХТУ им. Д.И. Менделеева |
Кафедра информатики и компьютерного моделирования |
3 Тема 02: Построение эмпирических статистических моделей ХТП
Общая дисперсия (дисперсия относительно среднего значения по экспериментальным данным) определяется
n
( yiэксп y)2
S 2 |
|
i 1 |
|
|
|
|
|
||
y |
|
|
n 1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
n |
|
|
|
|
yiэксп |
|
|
y |
i 1 |
|
|
|
n |
|||
|
|
|
РХТУ им. Д.И. Менделеева |
Кафедра информатики и компьютерного моделирования |
4 Тема 02: Построение эмпирических статистических моделей ХТП
Величина η находится в пределах
0 1
Чем больше величина η, тем сильнее связь между случайными величинами Х и Y
Между случайными величинами обычно существует такая связь, при которой с изменением одной величины меняется распределение другой – стохастическая связь
Изменение случайной величины Y, соответствующее изменению величины Х, разбивается при этом на две компоненты: функциональную (связанную с зависимостью Y от Х) и случайную
•Если первая компонента отсутствует, то величины Y и Х независимы
•Если отсутствует вторая компонента, Y и Х связаны функциональной зависимостью
•При наличии обеих компонент соотношение между ними определяет силу
(тесноту) связи
РХТУ им. Д.И. Менделеева |
Кафедра информатики и компьютерного моделирования |
5 Тема 02: Построение эмпирических статистических моделей ХТП
Корреляционное отношение для нелинейных моделей и коэффициент корреляции для линейных моделей - показатели, оценивающие те или иные стороны стохастической связи
Величина
COVxy M (X mx )(Y my ) 0
называется корреляционным моментом, моментом связи или ковариацией
случайных величин Х и Y
Безразмерная величина
rXY M ( X mx )(Y my )
x y
называется коэффициентом корреляции
РХТУ им. Д.И. Менделеева |
Кафедра информатики и компьютерного моделирования |
6 Тема 02: Построение эмпирических статистических моделей ХТП
При этом выборочный коэффициент корреляции вычисляется по формуле
|
|
n |
|
|
|
|
|
(xi |
ˆ |
)( yi |
ˆ |
|
|
mX |
mY ) |
||
ˆ |
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
rxy |
|
(n 1)SX SY |
|||
|
|
ˆ |
|
1 |
n |
|
|
1 |
|
n |
ˆ |
|
2 |
|||||
|
|
|
xi |
SX |
|
|
|
(xi |
|
|
|
|||||
mX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mX ) |
|
|
||||
|
|
|
n i 1 |
|
|
|
|
n 1 i 1 |
|
|
|
|
||||
ˆ |
|
1 |
|
n |
|
|
1 |
|
n |
ˆ |
2 |
|
||||
|
|
|
yi |
SY |
|
|
( yi |
|
|
|
||||||
mY |
|
|
|
|
|
|
|
|
mY ) |
|
|
|
||||
|
|
n i 1 |
|
|
|
n 1 i 1 |
|
|
|
|
РХТУ им. Д.И. Менделеева |
Кафедра информатики и компьютерного моделирования |
7 Тема 02: Построение эмпирических статистических моделей ХТП
Коэффициент корреляции может иметь значение в пределах
1 rxy 1
При
rxy 0
существует положительная корреляционная связь между величинами Х и Y
При
rxy 0
связь отрицательная
РХТУ им. Д.И. Менделеева |
Кафедра информатики и компьютерного моделирования |
8 Тема 02: Построение эмпирических статистических моделей ХТП |
|
|
||||||||||||
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Слабая отрицательная корреляция |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
между Х и Y |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rxy |
0.3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сильная положительная корреляция |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
между Х и Y |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.9 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rxy |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X
РХТУ им. Д.И. Менделеева |
Кафедра информатики и компьютерного моделирования |
9 Тема 02: Построение эмпирических статистических моделей ХТП
Y
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отсутствие корреляции между Х и Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rxy 0 |
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
РХТУ им. Д.И. Менделеева |
Кафедра информатики и компьютерного моделирования |
10Тема 02: Построение эмпирических статистических моделей ХТП
4.4.Определение оценок дисперсии y2
Оценка y2 определяется из экспериментов.
Пусть выходная переменная y зависит от r входных переменных (независимых переменных x ).
Для оценки дисперсии проводятся два типа экспериментов:
•С изменением независимых переменных x1,...xr ;
•Параллельные опыты, когда независимые переменные не меняются.
4.4.1.Определение оценок дисперсий в экспериментах с изменением независимых переменных с различным числом параллельных опытов в каждой точке
а) Определение остаточной дисперсии SR2
РХТУ им. Д.И. Менделеева |
Кафедра информатики и компьютерного моделирования |