Критерий φ* — угловое преобразование Фишера. Критерий фишера и частный-критерий фишера для уравнения множественной регрессии
На данном примере рассмотрим, как оценивается надежность полученного уравнение регрессии. Этот же тест используется для проверки гипотезы о том, что коэффициенты регрессии одновременно равны нулю, a=0 , b=0 . Другими словами, суть расчетов - ответить на вопрос: можно ли его использовать для дальнейшего анализа и прогнозов?
Для установления сходства или различия дисперсий в двух выборках используйте данный t-критерий .
Итак, целью анализа является получение некоторой оценки, с помощью которой можно было бы утверждать, что при некотором уровне α полученное уравнение регрессии - статистически надежно. Для этого используется коэффициент детерминации R 2
.
Проверка значимости модели регрессии проводится с использованием F-критерия Фишера, расчетное значение которого находится как отношение дисперсии исходного ряда наблюдений изучаемого показателя и несмещенной оценки дисперсии остаточной последовательности для данной модели.
Если расчетное значение с k 1 =(m) и k 2 =(n-m-1) степенями свободы больше табличного при заданном уровне значимости, то модель считается значимой.
где m – число факторов в модели.
Оценка статистической значимости парной линейной регрессии производится по следующему алгоритму:
1. Выдвигается нулевая гипотеза о том, что уравнение в целом статистически незначимо: H 0: R 2 =0 на уровне значимости α.
2. Далее определяют фактическое значение F-критерия:
где m=1 для парной регрессии.
3. Табличное значение определяется по таблицам распределения Фишера для заданного уровня значимости, принимая во внимание, что число степеней свободы для общей суммы квадратов (большей дисперсии) равно 1 и число степеней свободы остаточной суммы квадратов (меньшей дисперсии) при линейной регрессии равно n-2 (или через функцию Excel FРАСПОБР(вероятность;1;n-2)).
F табл - это максимально возможное значение критерия под влиянием случайных факторов при данных степенях свободы и уровне значимости α. Уровень значимости α - вероятность отвергнуть правильную гипотезу при условии, что она верна. Обычно α принимается равной 0,05 или 0,01.
4. Если фактическое значение F-критерия меньше табличного, то говорят, что нет основания отклонять нулевую гипотезу.
В противном случае, нулевая гипотеза отклоняется и с вероятностью (1-α) принимается альтернативная гипотеза о статистической значимости уравнения в целом.
Табличное значение критерия со степенями свободы k 1 =1 и k 2 =48, F табл = 4
Выводы : Поскольку фактическое значение F > F табл, то коэффициент детерминации статистически значим (найденная оценка уравнения регрессии статистически надежна ) .
Дисперсионный анализ
.Показатели качества уравнения регрессии
Пример
. По совокупности 25 предприятий торговли изучается зависимость между признаками: X - цена на товар А, тыс. руб.; Y - прибыль торгового предприятия, млн. руб. При оценке регрессионной модели были получены следующие промежуточные результаты: ∑(y i -y x) 2 = 46000; ∑(y i -y ср) 2 = 138000. Какой показатель корреляции можно определить по этим данным? Рассчитайте величину этого показателя, на основе этого результата и с помощью F-критерия Фишера
сделайте вывод о качестве модели регрессии.
Решение. По этим данным можно определить эмпирическое корреляционное отношение : , где ∑(y ср -y x) 2 = ∑(y i -y ср) 2 - ∑(y i -y x) 2 = 138000 - 46000 = 92 000.
η 2 = 92 000/138000 = 0.67, η = 0.816 (0.7 < η < 0.9 - связь между X и Y высокая).
F-критерий Фишера
: n = 25, m = 1.
R 2 = 1 - 46000/138000 = 0.67, F = 0.67/(1-0.67)x(25 - 1 - 1) = 46. F табл (1; 23) = 4.27
Поскольку фактическое значение F > Fтабл, то найденная оценка уравнения регрессии статистически надежна.
Вопрос: Какую статистику используют для проверки значимости модели регрессии?
Ответ: Для значимости всей модели в целом используют F-статистику (критерий Фишера).
Критерий Фишера позволяет сравнивать величины выборочных дисперсий двух независимых выборок. Для вычисления F эмп нужно найти отношение дисперсий двух выборок, причем так, чтобы большая по величине дисперсия находилась бы в числителе, а меньшая – в знаменателе. Формула вычисления критерия Фишера такова:
где - дисперсии первой и второй выборки соответственно.
Так как, согласно условию критерия, величина числителя должна быть больше или равна величине знаменателя, то значение F эмп всегда будет больше или равно единице.
Число степеней свободы определяется также просто:
k 1 =n l - 1 для первой выборки (т.е. для той выборки, величина дисперсии которой больше) и k 2 = n 2 - 1 для второй выборки.
В Приложении 1 критические значения критерия Фишера находятся по величинам k 1 (верхняя строчка таблицы) и k 2 (левый столбец таблицы).
Если t эмп >t крит, то нулевая гипотеза принимается, в противном случае принимается альтернативная.
Пример 3. В двух третьих классах проводилось тестирование умственного развития по тесту ТУРМШ десяти учащихся. Полученные значения величин средних достоверно не различались, однако психолога интересует вопрос - есть ли различия в степени однородности показателей умственного развития между классами.
Решение. Для критерия Фишера необходимо сравнить дисперсии тестовых оценок в обоих классах. Результаты тестирования представлены в таблице:
Таблица 3.
№№ учащихся |
Первый класс |
Второй класс |
Рассчитав дисперсии для переменных X и Y, получаем:
s x 2 =572,83; s y 2 =174,04
Тогда по формуле (8) для расчета по F критерию Фишера находим:
По таблице из Приложения 1 для F критерия при степенях свободы в обоих случаях равных k=10 - 1 = 9 находим F крит =3,18 (<3.29), следовательно, в терминах статистических гипотез можно утверждать, что Н 0 (гипотеза о сходстве) может быть отвергнута на уровне 5%, а принимается в этом случае гипотеза Н 1 . Иcследователь может утверждать, что по степени однородности такого показателя, как умственное развитие, имеется различие между выборками из двух классов.
6.2 Непараметрические критерии
Сравнивая на глазок (по процентным соотношениям) результаты до и после какого-либо воздействия, исследователь приходит к заключению, что если наблюдаются различия, то имеет место различие в сравниваемых выборках. Подобный подход категорически неприемлем, так как для процентов нельзя определить уровень достоверности в различиях. Проценты, взятые сами по себе, не дают возможности делать статистически достоверные выводы. Чтобы доказать эффективность какого-либо воздействия, необходимо выявить статистически значимую тенденцию в смещении (сдвиге) показателей. Для решения подобных задач исследователь может использовать ряд критериев различия. Ниже будет рассмотрены непараметрические критерии: критерий знаков и критерий хи-квадрат.
Значимость уравнения множественной регрессии в целом, так же как и в парной регрессии, оценивается с помощью -критерия Фишера:
, (2.22)
где
– факторная сумма квадратов на одну
степень свободы;
– остаточная сумма квадратов на одну
степень свободы;
– коэффициент (индекс) множественной
детерминации;
– число параметров при переменных(в линейной регрессии совпадает с числом
включенных в модель факторов);
– число наблюдений.
Оценивается
значимость не только уравнения в целом,
но и фактора, дополнительно включенного
в регрессионную модель. Необходимость
такой оценки связана с тем, что не каждый
фактор, вошедший в модель, может
существенно увеличивать долю объясненной
вариации результативного признака.
Кроме того, при наличии в модели нескольких
факторов они могут вводиться в модель
в разной последовательности. Ввиду
корреляции между факторами значимость
одного и того же фактора может быть
разной в зависимости от последовательности
его введения в модель. Мерой для оценки
включения фактора в модель служит
частный
-критерий,
т.е..
Частный
-критерий
построен на сравнении прироста факторной
дисперсии, обусловленного влиянием
дополнительно включенного фактора, с
остаточной дисперсией на одну степень
свободы по регрессионной модели в целом.
В общем виде для факторачастный
-критерий
определится как
, (2.23)
где
– коэффициент множественной детерминации
для модели с полным набором факторов,
– тот же показатель, но без включения
в модель фактора,– число наблюдений,
– число параметров в модели (без
свободного члена).
Фактическое значение частного
-критерия
сравнивается с табличным при уровне
значимости
и числе степеней свободы: 1 и
.
Если фактическое значение
превышает
,
то дополнительное включение факторав модель статистически оправданно и
коэффициент чистой регрессиипри факторестатистически значим. Если же фактическое
значениеменьше табличного, то дополнительное
включение в модель факторане увеличивает существенно долю
объясненной вариации признака,
следовательно, нецелесообразно его
включение в модель; коэффициент регрессии
при данном факторе в этом случае
статистически незначим.
Для двухфакторного уравнения частные
-критерии
имеют вид:
,
. (2.23а)
С помощью частного
-критерия
можно проверить значимость всех
коэффициентов регрессии в предположении,
что каждый соответствующий факторвводился в уравнение множественной
регрессии последним.
-Критерий стьюдента для уравнения множественной регрессии.
Частный
-критерий
оценивает значимость коэффициентов
чистой регрессии. Зная величину,
можно определить и-критерий
для коэффициента регрессии при-м
факторе,,
а именно:
. (2.24)
Оценка значимости коэффициентов чистой
регрессии по
-критерию
Стьюдента может быть проведена и без
расчета частных
-критериев.
В этом случае, как и в парной регрессии,
для каждого фактора используется
формула:
, (2.25)
где – коэффициент чистой регрессии при факторе,– средняя квадратическая (стандартная) ошибка коэффициента регрессии.
Для уравнения множественной регрессии средняя квадратическая ошибка коэффициента регрессии может быть определена по следующей формуле:
, (2.26)
где
,– среднее квадратическое отклонение
для признака,
– коэффициент детерминации для
уравнения множественной регрессии,
– коэффициент детерминации для
зависимости факторасо всеми другими факторами уравнения
множественной регрессии;
– число степеней свободы для остаточной
суммы квадратов отклонений.
Как видим, чтобы воспользоваться данной
формулой, необходимы матрица межфакторной
корреляции и расчет по ней соответствующих
коэффициентов детерминации
.
Так, для уравнения
оценка значимости коэффициентов
регрессии,,предполагает расчет трех межфакторных
коэффициентов детерминации:
,
,
.
Взаимосвязь показателей частного
коэффициента корреляции, частного
-критерия
и-критерия
Стьюдента для коэффициентов чистой
регрессии может использоваться в
процедуре отбора факторов. Отсев факторов
при построении уравнения регрессии
методом исключения практически можно
осуществлять не только по частным
коэффициентам корреляции, исключая на
каждом шаге фактор с наименьшим незначимым
значением частного коэффициента
корреляции, но и по величинами.
Частный
-критерий
широко используется и при построении
модели методом включения переменных и
шаговым регрессионным методом.
Для сравнения двух нормально распределенных совокупностей, у которых нет различий в средних выборочных значениях, но есть разница в дисперсиях, используют критерий Фишера . Фактический критерий рассчитывают по формуле:
где в числителе
стоит большее значение выборочной
дисперсии, а в знаменателе - меньшее.
Для вывода о достоверности различий
между выборками используют ОСНОВНОЙ
ПРИНЦИП
проверки статистических гипотез.
Критические точки для
содержатся в таблице. Нулевую гипотезу
отвергают, если фактически установленная
величина
превзойдет или окажется равной
критическому (стандартному) значению
этой величины для принятого уровня
значимости
и числа
степеней свободы k
1
=
n
большая
-1
;
k
2
=
n
меньшая
-1
.
П р и м е р: при
изучении влияния некоторого препарата
на скорость проростания семян было
установлено, что в экспериментальной
партии семян и контроле средняя скорость
проростания одинакова, но есть разница
в дисперсиях.
=1250,
=417.
Объемы выборок одинаковы и равны 20.
=2,12.
Следовательно, нулевая гипотеза
отвергается.
Корреляционная зависимость. Коэффициент корреляции и его свойства. Уравнения регрессии.
ЗАДАЧА корреляционного анализа сводится к:
Установлению направления и формы связи между признаками;
Измерению ее тесноты.
Функциональной называется однозначная зависимость между переменными величинами, когда определенному значению одной (независимой) переменнойх , называемой аргументом, соответствует определенное значение другой (зависимой) переменнойу , называемой функцией. (Пример : зависимость скорости химической реакции от температуры; зависимость силы притяжения от масс притягивающихся тел и расстояния между ними).
Корреляционной называется зависимость между переменными, имеющими статистистический характер, когда определенному значению одного признака (рассматриваемого в качестве независимой переменной) соответствует целый ряд числовых значений другого признака. (Пример : связь между урожаем и количеством осадков; между ростом и весом и т.д.).
Поле корреляции представляет собой множество точек, координаты которых равны полученным на опыте парам значений переменныхх иу .
По виду корреляционного поля можно судить о наличии или отсутствии связи и ее типе.
Связь называется положительной , если при увеличении одной переменной увеличивается другая переменная.
Связь называется отрицательной , если при увеличении одной переменной уменьшается другая переменная.
Связь называется
линейной
, если ее можно в
аналитическом виде представить как
.
Показателем тесноты связи является коэффициент корреляции . Эмпирический коэффициент корреляции определяется выражением:
Коэффициент корреляции лежит в пределах от -1 до1 и характеризует степень близости между величинамиx иy . Если:
Корреляционную
зависимость между признаками можно
описывать разными способами. В частности,
любая форма связи может быть выражена
уравнением общего вида
.
Уравнение вида
и
называютсярегрессией
. Уравнение
прямой регрессииу
нах
в общем случае можно записать в виде
Уравнение прямой регрессии х нау в общем случае выглядит как
Наиболее вероятные значения коэффициентов а и в , с и d могут быть вычислены, например, при использовании метода наименьших квадратов.