中小学优质课件相关性与最小二乘估计课件.ppt
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【数学课件】相关性、最小二乘估计复习课件和练习
1.利用统计量χ2来判断“两个变量X,Y有关系”计算公式为：
2
n ad bc2
, 则下列说法正确的是( )
a bcda cb d
（A）ad-bc越小，说明X与Y关系越弱
（B）ad-bc越大，说明X与Y关系越强 （C）(ad-bc)2越大，说明X与Y关系越强 （D）(ad-bc)2越接近于0，说明X与Y关系越强 【解析】选C.由χ2的计算公式及其意义容易判断选C.
(C)3.5
(D)4.5
（2）（2012·福建高考）某工厂为了对新研发的一种产品进
行合理定价，将该产品按事先拟定的价格进行试销，得到如下
数据：
①求回归直线方程y=a+bx,其中b=-20, a y bx. ②预计在今后的销售中，销量与单价仍然服从①中的关系，且 该产品的成本是4元/件，为使工厂获得最大利润，该产品的单 价应定为多少元？（利润=销售收入-成本） 【思路点拨】（1）先求出 x, y再，利用回归直线方程过 (x, y) 求出t的值. （2）①先求出 x, y再，利用 a y求出bxa的值. ②利用“利润=销售收入－成本”列出函数关系式后再求解.
第四节 相关性、最小二乘估计、回归 分析与独立性检验
1.相关性 （1）散点图：在考虑两个量的关系时，为了对_变__量__之间的关 系有一个大致的了解，人们通常将_变__量__所__对__应__的点描出来， 这些点就组成了变量之间的一个图，通常称这种图为变量之间 的散点图.
（2）曲线拟合：从散点图上可以看出，如果变量之间_存__在__着__ _某__种__关__系__，这些点会有一个_集__中__的大致趋势，这种趋势通常 可以用一条_光__滑__的__曲__线__来近似，这种近似的过程称为曲线拟 合. （3）线性相关：若两个变量x和y的散点图中，所有点看上去 都在_一__条__直__线__附近波动，则称变量间是线性相关的.此时，我 们可以用_一__条__直__线__来近似.
相关关系和最小二乘法共33页文档
相关关系和最小二乘法
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
最小二乘估计PPT教学课件
• ②存在x0∈I，使f(＝x0) M. • 那么M是函数y＝f(x)的最大值．
• 若M是函数y＝f(x)的最小值又如何填写条
件？
－5
• (2)函数y＝2x－1在[－2,3]上的最小值为 ， 最大值为5.
－3
5
－3
• (40)函数y＝x2－2x－3在[－－24,0]上的最小值0. 为
，最大值为 ；在[2,3]上的最小
气温 26 18 13 10 4 -1 杯数 20 24 34 38 50 64
1）求线性回归方程
2）如果某天的气温是－30C，预测这天 能卖热茶多少杯？
i xi
1
1.4
2
1.5
3
1.6
4
1.7
5
1.8
6
1.9
7
2
8
2.1
x 1.75
y 1.9775
yi
xi 2
xi yi
1.7 1.79 1.88 1.95 2.03 2.1 2.16 2.21
分析：由于问题中 要求根据身高预报 体重，因此选取身 高为自变量，体重 为因变量．
1. 散点图；
2.回归方程：
y 0.849x 85.172
身高172cm女大学生体重 yˆ = 0.849×172 - 85.712 = 60.316(kg)
例2：上节中的练习热茶的杯数（y）与气温（x） 之间是线性相关的
• 2．一次函数f(x)＝ax＋b(a＞0)在闭区间[m， n]上必定有最大值和最小值，它只能是f(n)、 f(m)，当a＜0时，最大值和最小值则为f(m)， f(n)．
• 3．单调性是函数的重要性质，应用它可 以解决许多函数问题．如判断函数在给定 区间上的单调性；求函数在给定区间上的 最大值、最小值；求已知函数的单调区间；
相关性及最小二乘估计
第五节 相关性及最小二乘估计
1．散点图 在考虑两个量的关系时，为了对变量之间的关系有一个大致的了 解，人们通常将变量所对应的点描出来，这些点就组成了变量之间的一 个图，通常称这样的图为变量之间的 散点图 ． 2．线性相关 (1)从散点图上看，如果变量之间存在某种关系，这些点有一个集 中的大致趋势通常可以用一条光滑的曲线来近似，这样近似的过程称 为 曲线拟合 ． (2)若两个变量x和y的散点图中所有点看上去都在 一条直线 附近 波动，则称变量间是 线性相关 的．此时，我们可以用 一条直线 近 拟．
【解析】 (1)由题设所给数据，可得散点图如图．
(3)由(2)的回归方程及技改前生产100吨甲产品的生产能耗，得 降低的生产能耗为：90-(0.7×100+0.35)=19.65(吨标准煤)．
3．(2009年河源模拟)回归方程y＝bx＋a必过( )
A．(0,0) B．( x ，0) C．(0， y ) D．( x ， y )
(3)若所有点看上去都在某条曲线(不是直线)附近波动，则 称此相关为非线性相关的．
(4)如果所有的点的散点图中没有显示任何关系，则称变量 间是 不相关 的．
3．回归方程 (1)最小二乘法：使得样本数据的点到回归直线的 距离的
平方和 最小的方法叫做最小二乘法． (2)回归方程：两个具有线性相关关系的变量的一组数据： (x1，y1)，(x2，y2)，…，(xn，yn)．其回归方程为y＝bx＋a，则
1．(2009年宁夏、海南高考)对变量x，y有观测数据(xi，yi)(i＝ 1,2，…，10)，得散点图1；对变量u、v有观测数据(ui，vi)(i＝1,2， …，10)，得散点图2.由这两个散点图可以判断( )
A．变量x与y正相关，u与v正相关 B．变量x与y正相关，u与v负相关 C．变量x与y负相关，u与v正相关 D．变量x与y负相关，u与v负相关
1．散点图 在考虑两个量的关系时，为了对变量之间的关系有一个大致的了 解，人们通常将变量所对应的点描出来，这些点就组成了变量之间的一 个图，通常称这样的图为变量之间的 散点图 ． 2．线性相关 (1)从散点图上看，如果变量之间存在某种关系，这些点有一个集 中的大致趋势通常可以用一条光滑的曲线来近似，这样近似的过程称 为 曲线拟合 ． (2)若两个变量x和y的散点图中所有点看上去都在 一条直线 附近 波动，则称变量间是 线性相关 的．此时，我们可以用 一条直线 近 拟．
【解析】 (1)由题设所给数据，可得散点图如图．
(3)由(2)的回归方程及技改前生产100吨甲产品的生产能耗，得 降低的生产能耗为：90-(0.7×100+0.35)=19.65(吨标准煤)．
3．(2009年河源模拟)回归方程y＝bx＋a必过( )
A．(0,0) B．( x ，0) C．(0， y ) D．( x ， y )
(3)若所有点看上去都在某条曲线(不是直线)附近波动，则 称此相关为非线性相关的．
(4)如果所有的点的散点图中没有显示任何关系，则称变量 间是 不相关 的．
3．回归方程 (1)最小二乘法：使得样本数据的点到回归直线的 距离的
平方和 最小的方法叫做最小二乘法． (2)回归方程：两个具有线性相关关系的变量的一组数据： (x1，y1)，(x2，y2)，…，(xn，yn)．其回归方程为y＝bx＋a，则
1．(2009年宁夏、海南高考)对变量x，y有观测数据(xi，yi)(i＝ 1,2，…，10)，得散点图1；对变量u、v有观测数据(ui，vi)(i＝1,2， …，10)，得散点图2.由这两个散点图可以判断( )
A．变量x与y正相关，u与v正相关 B．变量x与y正相关，u与v负相关 C．变量x与y负相关，u与v正相关 D．变量x与y负相关，u与v负相关
最小二乘法PPT课件
4
模型2（幂函数模型）
线性模型并未得到广泛的接受，要改进结果，能够 想到的自然首先是幂函数模型，即令L=kBa，对此式 取对数，得 到lnL=lnk+a lnB。将原始数据也取对数， 问题即转化了线性模型，可用最小二乘法求出参数。 几十年前英国和爱尔兰采用的比较举重成绩优劣 的 Austin公式：L′=L/B3/4就是用这一方法求得的。
67.5
135
146.1(5) 144.8(5) 144.7(6) 145.8(5)
75
145
145.0(6) 145.0(3) 145.0(5) 145.0(6)
42.5
162.5 151.3(1) 152.2(1) 153.5(1) 152.1(1)
体重 抓举成绩 (公斤) (公斤)
Austin( 幂函数)
经典公式
O’ Carroll
Vorobyev
52
105
138.2(7) 134.0(8) 139.7(8) 138.8(7)
56
117.5 146.3(4) 142.8(6) 145.7(4) 146.6(4)
60
125
147.8(3) 145.0(3) 146.2(3) 147.7(3)
和挺举。52 表中给出了1到09 1977年底为14止1 九个
重量级的56世界纪录。120.5
151
60
130
161.5
显然，运动67员.5 体重越大，他1能41举.5 起的重量也越1大80，但举重
成绩和运动75员体重到底是怎1样57关.5 系的，不同量1级95运动员的 成绩又如何比较优劣呢？运动成绩是包括生理条件、心理 因素等等众82多.5 相关因素共同1作70用的结果，要建20立7.精5 确的模
模型2（幂函数模型）
线性模型并未得到广泛的接受，要改进结果，能够 想到的自然首先是幂函数模型，即令L=kBa，对此式 取对数，得 到lnL=lnk+a lnB。将原始数据也取对数， 问题即转化了线性模型，可用最小二乘法求出参数。 几十年前英国和爱尔兰采用的比较举重成绩优劣 的 Austin公式：L′=L/B3/4就是用这一方法求得的。
67.5
135
146.1(5) 144.8(5) 144.7(6) 145.8(5)
75
145
145.0(6) 145.0(3) 145.0(5) 145.0(6)
42.5
162.5 151.3(1) 152.2(1) 153.5(1) 152.1(1)
体重 抓举成绩 (公斤) (公斤)
Austin( 幂函数)
经典公式
O’ Carroll
Vorobyev
52
105
138.2(7) 134.0(8) 139.7(8) 138.8(7)
56
117.5 146.3(4) 142.8(6) 145.7(4) 146.6(4)
60
125
147.8(3) 145.0(3) 146.2(3) 147.7(3)
和挺举。52 表中给出了1到09 1977年底为14止1 九个
重量级的56世界纪录。120.5
151
60
130
161.5
显然，运动67员.5 体重越大，他1能41举.5 起的重量也越1大80，但举重
成绩和运动75员体重到底是怎1样57关.5 系的，不同量1级95运动员的 成绩又如何比较优劣呢？运动成绩是包括生理条件、心理 因素等等众82多.5 相关因素共同1作70用的结果，要建20立7.精5 确的模
最小二乘估计课件(43张)
栏目导航
30
2．已知变量 x，y 有如下对应数据：
x
1
2
3
4
y
1
3
4
5
(1)作出散点图；
(2)用最小二乘法求关于 x，y 的回归直线方程．
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[解] (1)散点图如下图所示．
31
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(2) x ＝1＋2＋4 3＋4＝52， y ＝1＋3＋4 4＋5＝143，
4
i∑＝1xiyi＝1＋6＋12＋20＝39， i∑＝41x2i ＝1＋4＋9＋16＝30， b＝393－0－4×4×52×521243＝1130，
(1)判断它们是否有相关关系，若有相关关系，请作一条拟合直 线；
(2)用最小二乘法求出年龄关于脂肪的线性回归方程．
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25
[思路探究] (1)作出散点图，通过散点图判断它们是否具有相关 关系，并作出拟合直线；
(2)利用公式求出线性回归方程的系数 a，b 即可．
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26
[解] (1)以 x 轴表示年龄，y 轴表示脂肪含量(百分比)，画出散 点图，如下图．
32
栏目导航
a＝143－1130×52＝0， 故所求回归直线方程为 y＝1130x.
33
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34
1．求回归直线的方程时应注意的问题 (1)知道 x 与 y 呈线性相关关系，无需进行相关性检验，否则应首先进 行相关性检验．如果两个变量之间本身不具有相关关系，或者说，它们之
间的相关关系不显著，即使求出回归方程也是毫无意义的，而且用其估计
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8
2．下表是 x 与 y 之间的一组数据，则 y 关于 x 的线性回归方程 y
＝bx＋a 必过( )
x
30
2．已知变量 x，y 有如下对应数据：
x
1
2
3
4
y
1
3
4
5
(1)作出散点图；
(2)用最小二乘法求关于 x，y 的回归直线方程．
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[解] (1)散点图如下图所示．
31
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(2) x ＝1＋2＋4 3＋4＝52， y ＝1＋3＋4 4＋5＝143，
4
i∑＝1xiyi＝1＋6＋12＋20＝39， i∑＝41x2i ＝1＋4＋9＋16＝30， b＝393－0－4×4×52×521243＝1130，
(1)判断它们是否有相关关系，若有相关关系，请作一条拟合直 线；
(2)用最小二乘法求出年龄关于脂肪的线性回归方程．
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25
[思路探究] (1)作出散点图，通过散点图判断它们是否具有相关 关系，并作出拟合直线；
(2)利用公式求出线性回归方程的系数 a，b 即可．
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26
[解] (1)以 x 轴表示年龄，y 轴表示脂肪含量(百分比)，画出散 点图，如下图．
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a＝143－1130×52＝0， 故所求回归直线方程为 y＝1130x.
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34
1．求回归直线的方程时应注意的问题 (1)知道 x 与 y 呈线性相关关系，无需进行相关性检验，否则应首先进 行相关性检验．如果两个变量之间本身不具有相关关系，或者说，它们之
间的相关关系不显著，即使求出回归方程也是毫无意义的，而且用其估计
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8
2．下表是 x 与 y 之间的一组数据，则 y 关于 x 的线性回归方程 y
＝bx＋a 必过( )
x
第二十四讲：最小二乘估计、波形估计-课件
z(i)H (i)X 0w (i)
z k z(1 ) z(2 ) ... z(k )T
H k H ( 1 ) H (2 ) ... H (k )T
zk HkX0wk
X ˆ0 (k ) [(H k)T H k] 1 (H k)T z k
批处理算法，运算量太大。
递推算法：
X ˆ 0 ( k ) X ˆ 0 ( k 1 ) K ( k ) ( z ( k ) H ( k ) X ˆ 0 ( k 1 ) )
{ z(k), k= n0, n0+1,...,nf }对区间内的某一个时刻 n(n0<n<nf)的信号进行估计，内插也称为平滑。
数据
n0
n
nf
sˆ ( n )
波形估计宜采用可建立递推算法的线性最小均方估 计或最小二乘估计。
z ( n ) s ( n ) v ( n ) n 0 ,1 ,...,N 1
A
n0
Aˆ
1
N 1
z(n)
N n0
例：正弦信号频率的估计
s(n)cos2f0n
N1
J(f0) (z(n)cos2f0n)2 n0
最小化难以得到闭合性形式的解，原因是信号与 未知参数f0之间存在高度的非线性关系。
zHθv
zz1,z2,...,zNT
θ1,2,...,MT
vv1,v2,...,vNT
θ ˆlsw(H TW H )1H TW z
讨论：
（1） 当观测噪声的均值为零时，最小二乘与加权最小二 乘是无偏估计。
E[θˆls ] (HT H)1HT E[z] (HT H)1HT E[Hθ v] (HT H)1HT Hθ θ
（2）估计的方差阵
V a r ( θ l s ) E { [ θ θ ˆ l s ] [ θ θ ˆ l s ] T } ( H T H ) 1 H T R H ( H T H ) 1
z k z(1 ) z(2 ) ... z(k )T
H k H ( 1 ) H (2 ) ... H (k )T
zk HkX0wk
X ˆ0 (k ) [(H k)T H k] 1 (H k)T z k
批处理算法，运算量太大。
递推算法：
X ˆ 0 ( k ) X ˆ 0 ( k 1 ) K ( k ) ( z ( k ) H ( k ) X ˆ 0 ( k 1 ) )
{ z(k), k= n0, n0+1,...,nf }对区间内的某一个时刻 n(n0<n<nf)的信号进行估计，内插也称为平滑。
数据
n0
n
nf
sˆ ( n )
波形估计宜采用可建立递推算法的线性最小均方估 计或最小二乘估计。
z ( n ) s ( n ) v ( n ) n 0 ,1 ,...,N 1
A
n0
Aˆ
1
N 1
z(n)
N n0
例：正弦信号频率的估计
s(n)cos2f0n
N1
J(f0) (z(n)cos2f0n)2 n0
最小化难以得到闭合性形式的解，原因是信号与 未知参数f0之间存在高度的非线性关系。
zHθv
zz1,z2,...,zNT
θ1,2,...,MT
vv1,v2,...,vNT
θ ˆlsw(H TW H )1H TW z
讨论：
（1） 当观测噪声的均值为零时，最小二乘与加权最小二 乘是无偏估计。
E[θˆls ] (HT H)1HT E[z] (HT H)1HT E[Hθ v] (HT H)1HT Hθ θ
（2）估计的方差阵
V a r ( θ l s ) E { [ θ θ ˆ l s ] [ θ θ ˆ l s ] T } ( H T H ) 1 H T R H ( H T H ) 1
最小二乘法PPT课件
第2页/共74页
一、问题背景
• 在多数估计和曲线拟合的问题中，不论是 参数估计还是曲线拟合，都要求确定某些(或 一个)未知量，使得所确定的未知量能最好地 适应所测得的一组观测值，即对观测值提供 一个好的拟合。
• 解决这类问题最常用的方法就是最小二乘 法。
• 在一些情况下，即使函数值不是随机变量， 最小二乘法也可使用。
数
，aˆ1
，…，
aˆ2
。这样aˆk求出的参数叫参数的最小二乘估计。
第6页/共74页
正规方程
=最小
• 根据数学分析中求函数极值的条件：
共得k个方程，称正规方程，求此联立方程的解可得出诸参数估计值
(j＝1，2，…，k)。 aˆ 等精度观测的情况，若诸观测值yi是不等精度的观测，即它们服从不 同的方差σi2的正态分布N(0，1)，那么也不难证明，在这种情况下，最小二乘 法可改为：
正规方程(5—19)组，还可表示成如下形式
表示成矩阵形式为
第23页/共74页
线性参数正规方程的矩阵形式
又因
（5-21）
有 即 若令 则正规方程又可写成 若矩阵C是满秩的，则有
（5-22）
（5-22） （5-23）
第24页/共74页
的数学期望Xˆ
因 可见 Xˆ 是X的无偏估计。
式中Y、X为列向量(n ×1阶矩阵和t×l阶矩阵)
例5．3
• 试求例5．1中铜棒长度的测量精度。
已知残余误差方程为 将ti，li，值代人上式，可得残余误差为
第43页/共74页
（二）不等精度测量数据的精度估计
不等精度测量数据的精度估计与等精度测量数据的精度估计相似，只是公 式中的残余误差平方和变为加权的残余误差平方和，测量数据的单位权方差 的无偏估计为
一、问题背景
• 在多数估计和曲线拟合的问题中，不论是 参数估计还是曲线拟合，都要求确定某些(或 一个)未知量，使得所确定的未知量能最好地 适应所测得的一组观测值，即对观测值提供 一个好的拟合。
• 解决这类问题最常用的方法就是最小二乘 法。
• 在一些情况下，即使函数值不是随机变量， 最小二乘法也可使用。
数
，aˆ1
，…，
aˆ2
。这样aˆk求出的参数叫参数的最小二乘估计。
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正规方程
=最小
• 根据数学分析中求函数极值的条件：
共得k个方程，称正规方程，求此联立方程的解可得出诸参数估计值
(j＝1，2，…，k)。 aˆ 等精度观测的情况，若诸观测值yi是不等精度的观测，即它们服从不 同的方差σi2的正态分布N(0，1)，那么也不难证明，在这种情况下，最小二乘 法可改为：
正规方程(5—19)组，还可表示成如下形式
表示成矩阵形式为
第23页/共74页
线性参数正规方程的矩阵形式
又因
（5-21）
有 即 若令 则正规方程又可写成 若矩阵C是满秩的，则有
（5-22）
（5-22） （5-23）
第24页/共74页
的数学期望Xˆ
因 可见 Xˆ 是X的无偏估计。
式中Y、X为列向量(n ×1阶矩阵和t×l阶矩阵)
例5．3
• 试求例5．1中铜棒长度的测量精度。
已知残余误差方程为 将ti，li，值代人上式，可得残余误差为
第43页/共74页
（二）不等精度测量数据的精度估计
不等精度测量数据的精度估计与等精度测量数据的精度估计相似，只是公 式中的残余误差平方和变为加权的残余误差平方和，测量数据的单位权方差 的无偏估计为
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