广义线性模型

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广义线性模型

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伽玛分布
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二项分布 ln p
ln1 e 1
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Poisson 分布 ln
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负二项分布 ln
e
k
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k2
何为“广义线性模型”？(续)
一个广义线性模型包括以下三个组成部分：（1）线性成分(linear component ) ：
SAS软件中的PROC GENMOD：
The GENMOD Procedure
The GENMOD procedure fits generalized linear models. The class of generalized linear models is an extension of traditional linear models that allows the mean of a population to depend on a linear predictor through a nonlinear link function and allows the response probability distribution to be any member of an exponential family of distributions. Many widely used statistical models are generalized linear models. These include classical linear models with normal errors, logistic and probit models for binary data, and log-linear models for multinomial data. Many other useful statistical models can be formulated as generalized linear models by the selection of an appropriate link function and response probability distribution.

统计学中的广义线性模型解析

统计学中的广义线性模型解析统计学是一门研究数据收集、分析和解释的学科，而广义线性模型（Generalized Linear Model，简称GLM）则是统计学中一种重要的分析方法。

GLM不仅可以用于描述和预测数据，还可以帮助我们理解变量之间的关系和影响。

一、GLM的基本概念广义线性模型是由统计学家Nelder和Wedderburn于1972年提出的，它是线性回归模型的扩展。

在传统的线性回归模型中，我们假设因变量Y与自变量X之间存在线性关系，即Y = β0 + β1X + ε，其中β0和β1是待估计的系数，ε是误差项。

而GLM则允许因变量和自变量之间的关系不是线性的，可以是非线性的、离散的、非正态的等。

二、GLM的三个重要组成部分GLM由三个重要的组成部分构成：随机分布、系统性成分和连接函数。

随机分布用于描述因变量的分布特征，系统性成分用于描述自变量和因变量之间的关系，连接函数则用于将系统性成分与随机分布联系起来。

1. 随机分布在GLM中，我们常常假设因变量Y服从指数分布家族中的某个分布，如正态分布、泊松分布、二项分布等。

通过选择合适的分布，我们可以更好地描述和解释数据。

2. 系统性成分系统性成分是GLM中的关键部分，它用于描述自变量和因变量之间的关系。

通常，我们将系统性成分表示为线性组合的形式，即η = β0 + β1X1 + β2X2 + ... +βpXp，其中η是系统性成分，β0、β1、β2等是待估计的系数，X1、X2等是自变量。

3. 连接函数连接函数是将系统性成分和随机分布联系起来的桥梁。

它的作用是将系统性成分的线性组合映射到随机分布的参数空间中，使得我们可以通过系统性成分来预测和解释因变量的分布特征。

常见的连接函数有恒等函数、对数函数、逆正态函数等。

三、GLM的应用领域广义线性模型在统计学中有着广泛的应用领域。

以下是几个常见的应用示例：1. 生物医学研究在生物医学研究中，研究人员常常需要分析和解释疾病发生的风险因素。

第3章-广义线性模型

年收入（万元）
是否有车
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2. 正态线性回归模型
• 只要取联结函数为 m (i) i x iT (i 1 , ,n ),则正
态线性回归模型满足广义线性模型的定义.
• 类似的,容易验证,二项分布和泊松分布都属于指数分布族.
• 下面介绍实际中应用广泛的两种广义线性
模型:Logistic模型和对数线性模型.
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2. 模型的参数估计和检验
• 采用R软件中的广义线性模型过程glm( )可以完成回归系数的估计,以及模型回归系数的显著性检验. 程序如下：

广义线性模型的分析及应用

广义线性模型的分析及应用一、引言广义线性模型（Generalized Linear Model, GLM）提供了一种在保持简单性的前提下，对非正态响应变量建立连续性预测模型的方法，适用于许多实际应用问题中。

本文旨在介绍广义线性模型的基本概念、模型构建方法、推断等内容，并通过实际案例的分析加深对GLM的理解与应用。

二、基本概念GLM是统计学中一种具有广泛适用性的模型框架，它的基本思想是将未知的响应变量与已知的协变量之间的关系描述为一个线性预测器和一个非线性函数的组合，即：g(E(Y)) = β_0 + β_1X_1 + ⋯+ β_pX_p其中，g(·)称为联接函数（Link Function），它定义了响应变量的均值与预测变量之间的关系，E(Y)为响应变量的期望，X_1,X_2,…,X_p为解释变量（predictor）或协变量（covariate），β_0, β_1, …, β_p是模型的系数或参数。

GLM假定响应变量Y服从指数分布族中的某一个分布，如正态分布、二项分布、泊松分布等。

三、模型构建方法1. 选择联接函数和分布族：不同的响应变量应选用不同的分布族。

例如，连续性响应变量可选用正态分布，二元响应变量可选用二项分布，而计数型响应变量可选用泊松分布等。

2. 选择解释变量：可使用变量选择算法，如前向选择法、向后选择法、逐步回归等，在给定样本内拟合出最佳模型。

3. 选择估计方法：由于某些非正态分布族无法使用最小二乘法拟合，可以使用极大似然估计法或广义估计方程法。

对于大样本，一般使用广义线性混合模型等。

4. 模型比较与选择：模型拟合后，需要进行模型检验和模型诊断，主要包括残差分析、Q-Q图检验、$R^2$值、F检验、AIC/BIC值等指标的分析。

四、模型应用GLM的应用非常广泛，特别是在医学、生态、社会科学、金融等领域。

下面以某市2019年全年医疗保险数据为例，运用GLM模型进行分析。

1. 数据描述健康保险数据包含了每个缴费人的性别、年龄、缴费金额、报销金额等信息。

glm原理

glm原理GLM原理广义线性模型（Generalized Linear Model，简称GLM）是一种常用的统计模型，广泛应用于各个领域的数据分析和建模中。

GLM 的核心原理是通过将响应变量与预测变量之间的关系建模为一个线性函数，然后通过一个非线性的连接函数将线性预测转换为实际的响应。

GLM的基本原理是建立一个线性模型，其中响应变量与预测变量之间的关系可以用线性函数来描述。

线性模型的形式为：y = β0 + β1x1 + β2x2 + ... + βpxp其中，y是响应变量，β0是截距，β1到βp是回归系数，x1到xp 是预测变量。

这个线性模型可以用来预测响应变量的数值。

然而，GLM与传统的线性回归模型不同之处在于，GLM允许响应变量不必遵循正态分布，而可以是其他分布，如泊松分布、二项分布等。

为了处理这种非正态分布的数据，GLM引入了一个连接函数，将线性预测转换为实际的响应。

连接函数（Link Function）是GLM的核心组成部分，它将线性预测与实际响应之间的关系进行转换。

连接函数的选择取决于响应变量的分布。

以下是一些常见的连接函数：1. 二项分布：对于二项分布的响应变量，常用的连接函数有logit 函数、probit函数和complementary log-log函数。

这些连接函数可以将线性预测转换为概率。

2. 泊松分布：对于泊松分布的响应变量，常用的连接函数是自然对数函数。

这个连接函数可以将线性预测转换为事件的平均发生率。

3. Gamma分布：对于Gamma分布的响应变量，常用的连接函数是倒数函数。

这个连接函数可以将线性预测转换为数据的均值。

通过选择合适的连接函数，GLM能够处理各种不同类型的响应变量，从而适应不同的数据分布。

除了连接函数，GLM还引入了一个称为“链接函数”的方差函数，用于描述响应变量的方差与预测变量之间的关系。

链接函数的选择也取决于响应变量的分布。

例如，在二项分布中，方差函数是二项方差函数，它与连接函数共同描述了响应变量的方差。

广义线性模型（GLM,GeneralizedLinearModel）

⼴义线性模型（GLM,GeneralizedLinearModel）
引⾔：通过⾼斯模型得到最⼩⼆乘法(线性回归)，即：
通过伯努利模型得到逻辑回归，即：
这些模型都可以通过⼴义线性模型得到。

⼴义线性模型是把⾃变量的线性预测函数当作因变量的估计值。

在机器学习中，有很多模型都是基于⼴义线性模型的，⽐如传统的线性回归模型，最⼤熵模型，Logistic回归，softmax回归，等等。

今天主要来学习如何来针对某类型的分布建⽴相应的⼴义线性模型。

1. ⼴义线性模型
⼴义线性模型：⼴义线性模型是基于指数分布族(Exponential Family)，⽽指数分布族的原型如下：
其中，η是⾃然参数(Natural Parameter)，T(y)为充分统计量(Sufficient Statistic)，通常T(y)=y。

实际上，许多分布(如，⾼斯分布、指数分布、泊松分布、伽马分布灯)都属于指数分布族。

所以，线性回归、逻辑回归等都是⼴义线性模型的特例，实际上，性分布中，y服从⾼斯分布那么⼴义线性模型为线性回归，y服从伯努利分布为逻辑回归。

在使⽤⼴义线性模型构建其他模型之前，⾸先有三个假设：
(1) y|x; θ~ExpFamily；
(2) 给定x，⽬标是输出期望E[T(y)|x]，得到h(x)= E[T(y)|x]；
(3) η与x的关系是线性的，即：
1. 常见概率模型由⼴义线性模型的推导
(1) ⾼斯模型
⾼斯分布可以表⽰为：
⾼斯模型的⾃然参数与均值成线性分布，所以
(2) 伯努利模型
伯努利模型可以表⽰为：
其中，b(y)=1。

从⽽得到逻辑回归模型。

带⼊a(η)可以得到：。

SPSS数据分析—广义线性模型

我们前面介绍的一般线性模型、Logistic回归模型、对数线性模型、Poisson 回归模型等，实际上均属于广义线性模型的范畴，广义线性模型包含的范围非常广泛，原因在于其对于因变量、因变量的概率分布等条件的限制放宽，使其应用范围加大。

广义线性模型由以下几个部分组成1.因变量广义线性模型的因变量还是要去独立性，但是分布不再局限于正态分布一种，而是可以是指数族概率分布的任意一种，其方差也可以不稳定，但必须要能表达为依赖均值的函数2.线性部分广义线性模型因变量与自变量必须为线性关系，即因变量与自变量之间是一次方函数关系，这点和传统线性模型也一样3.连接函数用于描述因变量的期望值是如何和预测值相关联的由上可知，和传统线性模型相比，广义线性模型主要从以下两个方面进行了扩展1.因变量的分布范围扩大2.连接函数的引入通过选定不同的因变量概率分布、连接函数等，就可以拟合各种不同的广义线性模型，例如当因变量分布为正态分布、连接函数为恒等函数时，就是拟合一般线性模型；当因变量分布为二项分布，连接函数为Logit函数时，就是拟合Logistic回归，当因变量分布为Poisson分布，连接函数为对数时，就是拟合Poisson回归，下面我们通过一个例子来进行说明广义线性模型在SPSS中的使用情况。

例，希望研究不同温度不同催化剂不同批次条件下，某化合物的转化率情况，数据如下根据本例的实验目的，可以采用方差分析，但是本例为嵌套实验设计，共有三个因素，温度、催化剂、批次，其中温度是嵌套在催化剂因素下面的，因此SPSS无法直接使用方差分析的对话框来进行分析，需要在程序中进行修改，比较麻烦，但是如果使用广义线性模型，就可以直接使用对话框进行分析了分析—广义线性模型—广义线性模型。

广义线性模型的推广及应用

广义线性模型的推广及应用广义线性模型（Generalized Linear Model，简称GLM）是统计学中一种重要的模型，它将线性模型推广到了更广泛的情况下，可以处理非正态分布的响应变量。

在实际应用中，广义线性模型被广泛应用于各个领域，如医学、金融、市场营销等。

本文将介绍广义线性模型的推广及其在实际应用中的具体案例。

## 一、广义线性模型的基本概念广义线性模型是由Nelder和Wedderburn于1972年提出的，它是线性模型的一种推广形式。

在传统的线性模型中，假设因变量服从正态分布，而在广义线性模型中，因变量的分布可以是指数分布族中的任意一种分布，如正态分布、泊松分布、二项分布等。

广义线性模型的基本形式如下：$$g(E(Y)) = \beta_0 + \beta_1X_1 + \beta_2X_2 + ... +\beta_pX_p$$其中，$g()$是连接函数（link function），用于将因变量的均值与自变量的线性组合联系起来；$E(Y)$表示因变量的期望；$\beta_0, \beta_1, \beta_2, ..., \beta_p$是模型的系数；$X_1, X_2, ..., X_p$是自变量。

## 二、广义线性模型的推广### 1. 权重广义线性模型（Weighted GLM）在一些实际应用中，观测数据的方差可能不相等，此时可以使用权重广义线性模型来处理这种情况。

权重广义线性模型通过赋予不同观测数据不同的权重，来更好地拟合数据。

在权重广义线性模型中，模型的似然函数被修改为考虑到每个观测数据的权重，从而得到更准确的参数估计。

### 2. 分层广义线性模型（Hierarchical GLM）分层广义线性模型是将广义线性模型与分层模型相结合的一种形式。

在分层广义线性模型中，模型考虑了数据的层次结构，将数据分为不同的层次，并在每个层次上建立广义线性模型。

这种模型适用于具有多层次结构的数据，能够更好地捕捉数据之间的相关性。

广义线性模型及其在统计学中的应用

广义线性模型及其在统计学中的应用广义线性模型是统计学中一个重要的模型，可以用来建立响应变量与解释变量之间的关系，它是线性模型的一种推广形式。

该模型的应用范围十分广泛，可以用于分类、回归、时间序列分析等多个领域。

一、广义线性模型的定义广义线性模型是基于分布族以及链接函数的概率论模型，可以用来描述解释变量对响应变量的影响。

该模型通过将响应变量转化为一组线性预测器的和，并通过一个链接函数将这个和映射到一个合适的响应变量上，从而建立响应变量与解释变量之间的关系。

广义线性模型中假设响应变量的分布属于指数分布族，该分布族仅包含正态分布、泊松分布、二项分布等概率分布。

二、广义线性模型的组成部分广义线性模型由三部分组成：随机部分、线性预测部分和链接函数。

1.随机部分：随机部分是广义线性模型中的响应变量Y的概率分布，可以假设Y服从指数分布族中的某款分布，如正态分布、泊松分布等等。

2.线性预测部分：线性预测部分是用来建立解释变量和响应变量之间的关系。

假设我们有p个解释变量，那么线性预测部分就可以表示为：η = β_0 + β1x1 + β2x2 + ...+ βpxp其中，η代表了Y的总体期望值的线性预测，βi是解释变量xi 的系数。

3.链接函数：链接函数用于将线性预测部分的计算结果映射到响应变量Y的值上，使得Y的值与线性预测部分保持一致。

由于不同的概率分布族需要采用不同的链接函数，因此广义线性模型的链接函数是根据分布族来确定的。

例如，对于二项分布，采用的是logit函数作为链接函数，而对于泊松分布，采用的是对数链接函数。

三、广义线性模型的应用广义线性模型在统计学中的应用十分广泛，这里简单介绍一下它在分类和回归中的应用。

1.分类在分类问题中，广义线性模型可以通过二项分布来描述响应变量Y的分布。

例如，在疾病诊断中，我们可以将疾病的结果分为两种情况：患病与未患病。

假设我们有一些特征来描述每个患者，如年龄、性别、体重等，我们可以使用广义线性模型来预测每个患者是否患病。

广义线性模型的参数估计及其经验应用

广义线性模型的参数估计及其经验应用广义线性模型是统计学中重要的一种模型，它统一了多种线性回归模型，包括普通线性回归、Logistic回归、Poisson回归、Gamma回归等。

广义线性模型的参数估计是模型分析的关键步骤之一，本文将探讨广义线性模型的参数估计及其经验应用。

一、广义线性模型广义线性模型（Generalized Linear Models，简称GLM）的基本表达式为：$g(E(Y))=\beta_0+\sum_{i=1}^{n}\beta_ix_i$其中，$g(E(Y))$是链接函数，$Y$是因变量，$x_i$是自变量，$\beta_i$是系数。

链接函数在不同的模型中有不同的定义，下面介绍几种常见的链接函数及其作用。

1.1. 普通线性回归普通线性回归的链接函数为恒等函数，即：$g(E(Y))=E(Y)$因此，普通线性回归的模型表达式为：$Y=\beta_0+\sum_{i=1}^{n}\beta_ix_i+\epsilon$其中，$\epsilon$为误差项。

1.2. Logistic回归Logistic回归的链接函数为logit函数，即：$g(E(Y))=\log\frac{E(Y)}{1-E(Y)}$Logistic回归用于二分类问题，因此$Y$只有两种取值，通常用0和1表示。

Logistic回归的模型表达式为：$\log\frac{P(Y=1)}{1-P(Y=1)}=\beta_0+\sum_{i=1}^{n}\beta_ix_i$其中，$P(Y=1)$表示$Y$取值为1的概率。

1.3. Poisson回归Poisson回归的链接函数为log函数，即：$g(E(Y))=\log(E(Y))$Poisson回归用于计数数据的分析，因此$Y$只能取非负整数值。

Poisson回归的模型表达式为：$\log(E(Y))=\beta_0+\sum_{i=1}^{n}\beta_ix_i$1.4. Gamma回归Gamma回归的链接函数为倒数函数，即：$g(E(Y))=-\frac{1}{E(Y)}$Gamma回归用于连续正值数据的分析。

广义线性模型

2．线性模型
线性模型也称经典线性模型或一般线性模型，其模型的形式为：
其中，是因Biblioteka 量的第i次观测，是自变量，它是一个列向量，表示第i次观测数据。未知系数向量可以通过对的最小二乘拟合估计，是均值为零，方差为常数的随机变量。
模型的几个基本假设：
因变量是连续随机变量
自变量相互独立
每一个数值型自变量与因变量呈线性关系
广义线性模型
广义线性模型
1．概述
广义线性模型是传统的线性模型的延伸，它是总体均值通过一个非线性连接函数依赖于线性预测值，有许多广泛应用的统计模型都属于广义线性模型，其中包括正态误差的经典性模型，二元数据的对数和概率单位模型以及多项数据的对数线性模型，还有其它许多有用的统计模型，如果选择合适的连接函数和响应概率分布，也可以表示为广义线性模型。
连接函数：
参数估计
一般线性模型：参数估计采用极大似然法和最小二乘法
广义线性模型：参数估计采用极大似然法和加权最小二乘
4.因变量常见分布及其常用的连接函数
广义线性模型建立
通过对数据选定因变量和自变量，以及选择合适的连接函数和响应概率分布，既可以建立一个广义线性模型。例如：
一般线性模型
因变量：连续变量
分布：正态分布
连接函数：
Logistic回归模型
因变量：（0，1）
分布：二项分布
连接函数：
Poisson回归模型
因变量：计数和个数
分布：Poisson分布
一般线性模型中，自变量的线性预测值就是因变量的估计值，而广义线性模型中，自变量的线性预测值是因变量的函数估计值。
广义线性模型包括一下组成部分：
线性部分正好是一般线性模型所定义的：

SPSS数据分析—广义线性模型

SPSS数据分析—广义线性模型
我们前面介绍的一般线性模型、Logistic回归模型、对数线性模型、Poisson 回归模型等，实际上均属于广义线性模型的范畴，广义线性模型包含的范围非常广泛，原因在于其对于因变量、因变量的概率分布等条件的限制放宽，使其应用范围加大。

广义线性模型由以下几个部分组成
1.因变量
广义线性模型的因变量还是要去独立性，但是分布不再局限于正态分布一种，而是可以是指数族概率分布的任意一种，其方差也可以不稳定，但必须要能表达为依赖均值的函数
2.线性部分
广义线性模型因变量与自变量必须为线性关系，即因变量与自变量之间是一次方函数关系，这点和传统线性模型也一样
3.连接函数
用于描述因变量的期望值是如何和预测值相关联的
由上可知，和传统线性模型相比，广义线性模型主要从以下两个方面进行了扩展
1.因变量的分布范围扩大
2.连接函数的引入
通过选定不同的因变量概率分布、连接函数等，就可以拟合各种不同的广义线性模型，例如当因变量分布为正态分布、连接函数为恒等函数时，就是拟合一般线性模型；当因变量分布为二项分布，连接函数为Logit函数时，就是拟合Logistic回归，当因变量分布为Poisson分布，连接函数为对数时，就是拟合Poisson回归，下面我们通过一个例子来进行说明广义线性模型在SPSS中的使用情况。

例，希望研究不同温度不同催化剂不同批次条件下，某化合物的转化率情况，数据如下。

广义线性模型（GeneralizedLinearModels）

⼴义线性模型（GeneralizedLinearModels）转载请注明出⾃BYRans博客：前⾯的⽂章已经介绍了⼀个回归和⼀个分类的例⼦。

在模型中我们假设：在分类问题中我们假设：他们都是⼴义线性模型中的⼀个例⼦，在理解⼴义线性模型之前需要先理解指数分布族。

指数分布族（The Exponential Family）如果⼀个分布可以⽤如下公式表达，那么这个分布就属于指数分布族：公式中y是随机变量；h(x)称为基础度量值（base measure）；η称为分布的⾃然参数（natural parameter），也称为标准参数（canonical parameter）；T(y)称为充分统计量，通常T(y)=y；a(η)称为对数分割函数（log partition function）；本质上是⼀个归⼀化常数，确保概率和为1。

当T(y)被固定时，a(η)、b(y)就定义了⼀个以η为参数的⼀个指数分布。

我们变化η就得到这个分布的不同分布。

伯努利分布属于指数分布族。

伯努利分布均值为φ，写为Bernoulli(φ)，是⼀个⼆值分布，y ∈ {0, 1}。

所以p(y = 1; φ) = φ; p(y = 0; φ) = 1 −φ。

当我们变化φ就得到了不同均值的伯努利分布。

伯努利分布表达式转化为指数分布族表达式过程如下：其中，再举⼀个⾼斯分布的例⼦，⾼斯分布也属于指数分布族。

由⾼斯分布可以推导出线性模型（推导过程将在EM算法中讲解），由线型模型的假设函数可以得知，⾼斯分布的⽅差与假设函数⽆关，因⽽为了计算简便，我们设⽅差=1。

⾼斯分布转化为指数分布族形式的推导过程如下：其中许多其他分部也属于指数分布族，例如：伯努利分布（Bernoulli）、⾼斯分布（Gaussian）、多项式分布（Multinomial）、泊松分布（Poisson）、伽马分布（Gamma）、指数分布（Exponential）、β分布、Dirichlet分布、Wishart分布。

广义线性模型

广义线性模型广义线性模型（Generalized Linear Model，GLM）是一种在统计学中常用的模型，它是对普通线性模型的扩展和推广。

在广义线性模型中，因变量不需要满足正态分布的假设，而是通过连接函数（link function）与线性组合的结果进行建模。

广义线性模型的应用领域十分广泛，涵盖了回归分析、分类分析以及其他众多领域。

1. 普通线性模型普通线性模型是一种经典的建模方法，其基本形式为：$$ Y = \\beta_0 + \\beta_1 X_1 + \\beta_2 X_2 + ... + \\beta_k X_k + \\epsilon $$ 其中，Y表示因变量，X1,X2,...,X k表示自变量，$\\beta_0, \\beta_1,\\beta_2, ..., \\beta_k$为模型参数，$\\epsilon$为误差项。

普通线性模型的关键假设是因变量Y服从正态分布。

2. 广义线性模型的基本原理广义线性模型是对普通线性模型的推广，其基本形式为：$$ g(\\mu) = \\beta_0 + \\beta_1 X_1 + \\beta_2 X_2 + ... + \\beta_k X_k $$其中，g()为连接函数（link function），$\\mu$表示期望的因变量Y，其他符号的含义同普通线性模型。

通过连接函数g()，广义线性模型在一般性上不再要求因变量Y服从正态分布。

3. 连接函数（Link Function）连接函数g()的选择是广义线性模型的关键之一，不同的连接函数对应不同的模型形式。

常见的连接函数包括：•恒等连接函数（Identity link function）: $g(\\mu) = \\mu$，对应普通线性模型。

•对数连接函数（Log link function）: $g(\\mu) = log(\\mu)$，常用于泊松回归等模型。

•逆连接函数（Inverse link function）: $g(\\mu) = \\frac{1}{\\mu}$，用于逻辑回归等模型。

广义线性模型在统计学中的应用

广义线性模型在统计学中的应用广义线性模型（Generalized Linear Model, GLM）是一种在统计学中常用的模型，它能够处理不同类型的响应变量，并且灵活性较强。

本文将讨论广义线性模型在统计学中的应用，并介绍一些相关的概念和方法。

一、广义线性模型的基本概念广义线性模型是对传统线性模型的拓展和推广，它的设计思想是将输入变量与输出变量之间的关系通过非线性函数进行建模。

与传统线性模型不同，广义线性模型可以处理非连续型的响应变量，例如二项分布、泊松分布和伽马分布等。

广义线性模型由三个基本要素组成：随机部分、系统部分和连接函数。

随机部分指的是响应变量的概率分布，例如二项分布、正态分布等。

系统部分则指的是与输入变量之间的关系，通常包括线性组合和非线性转换。

连接函数则将随机部分和系统部分连接起来，将非线性的输出转化为线性的输入。

二、广义线性模型的应用1. 二项分布的应用二项分布是广义线性模型中常用的概率分布之一。

在实际应用中，我们经常遇到二元性的响应变量，例如成功与失败、生存与死亡等。

广义线性模型通过将二元性的响应变量建模为一个二项分布，并使用连接函数将其与线性组合联系起来，从而实现对应变量的预测和建模。

2. 泊松分布的应用泊松分布是一种在计数数据分析中常用的概率分布。

在实际应用中，我们经常需要对某一时间段内发生的事件次数进行建模和预测。

广义线性模型可以将事件次数建模为泊松分布，并使用连接函数将其与线性组合联系起来，从而实现对事件发生率的预测和建模。

3. 伽马分布的应用伽马分布是一种在连续性数据分析中常用的概率分布。

在实际应用中，我们经常需要对某一连续性变量进行建模和预测，例如收入、销售额等。

广义线性模型可以将连续性变量建模为伽马分布，并使用连接函数将其与线性组合联系起来，从而实现对变量的预测和建模。

三、广义线性模型的相关方法1. 最大似然估计最大似然估计是广义线性模型中常用的参数估计方法。

通过构建似然函数，最大似然估计可以寻找使似然函数取得最大值的参数值，从而实现对模型参数的估计。

广义线性模型

⼴义线性模型从线性回归，logistic回归，softmax回归，最⼤熵的概率解释来看，我们会发现线性回归是基于⾼斯分布+最⼤似然估计的结果，logistic回归是伯努利分布+对数最⼤似然估计的结果，softmax回归是多项分布+对数最⼤似然估计的结果，最⼤熵是基于期望+对数似然估计的结果。

前三者可以从⼴义线性模型⾓度来看。

⼴义线性模型⼴义线性模型建⽴在三个定义的基础上，分别为：定义线性预测算⼦η=θT x定义y的估计值h(x,θ)=E(y|x,θ)定义 y 的估值概率分布属于某种指数分布族：Pr(y|x,θ)=b(y)exp(ηT T(y)−a(η))接下来详细解释各个定义指数分布家族指数分布家族是指可以表⽰为指数形式的概率分布，指数分布的形式如下：p(y;η)=b(y)exp(ηT T(y)−a(η))其中:1. η被称为⾃然参数(natural parameters)2. T(y)称为充分统计量,通常T(y)=y3. a(η)称为对数分割函数（log partition function）；4. e−a(η)本质上是⼀个归⼀化常数，确保p(y;η)概率和为1。

当T(y)被固定时，a(η)、b(y)就定义了⼀个以η为参数的⼀个指数分布。

我们变化η就得到这个分布的不同分布。

实际上⼤多数的概率分布都属于指数分布家族，⽐如1）伯努利分布 0-1问题2）⼆项分布，多项分布多取值多次试验3）泊松分布计数过程4）伽马分布与指数分布5）β分布6）Dirichlet分布7）⾼斯分布现在我们将⾼斯分布和伯努利分布⽤指数分布家族的形式表⽰：Bernoulli分布的指数分布族形式：p(y=1;ϕ)=ϕ;p(y=0;ϕ)=1−ϕ⟹p(y;ϕ)=ϕy(1−ϕ)1−y=exp(ylogϕ+(1−y)log(1−ϕ))=exp((log(ϕ1−ϕ))y+log(1−ϕ))即：在如下参数下⼴义线性模型是 Bernoulli 分布η=log(ϕ/(1−ϕ))⟹ϕ=1/(1+e−η)T(y)=ya(η)=−log(1−ϕ)=log(1+eη)b(y)=1 Gaussian 分布的指数分布族形式：在线性回归中，σ对于模型参数θ的选择没有影响，为了推导⽅便我们将其设为1：p(y;µ)=1√2πexp(−12(y−µ)2)=1√2πexp(−12y2)⋅exp(µy−12µ2)得到对应的参数：η=µT(y)=ya(η)=µ2/2=η2/2b(y)=1√2πexp(−12y2)⽤⼴义线性模型进⾏建模想⽤⼴义线性模型对⼀般问题进⾏建模⾸先需要明确⼏个假设：1.y|x;θ∼ExponentialFamily(η)的条件概率属于指数分布族2.给定x ⼴义线性模型的⽬标是求解 T(y)|x ，不过由于很多情况下T(y)=y所以我们的⽬标变成了y|x , 也即我们希望拟合函数为h(x)=E[y|x](NOTE：这个条件在线性回归和逻辑回归中都满⾜，例如逻辑回归中hθ(x)=p(y=1|x;θ))3.⾃然参数η与x是线性关系：η=θT x (η为向量时,ηi=θT i x )有了如上假设就可以进⾏建模和求解了：⼴义线性模型推导出线性回归：step1: p(y|x;theta)∼N(µ,θ)step2: 由假设2h(x)=E[y|x]得到：h(x)=E[y|x]=µ=η=θT x⼴义线性模型推导出逻辑回归：step1: p(y|x;theta)∼Bernoulli(ϕ)step2: 由假设2h(x)=E[y|x]得到：h(x)=E[y|x]=ϕ=11+e−η=11+e−θT xProcessing math: 100%。

线性模型(5)——广义线性模型

线性模型(5)——广义线性模型广义线性模型是一种扩展了一般线性模型的模型，它在混合线性模型的基础上进一步扩展，使得线性模型的使用范围更加广泛。

每次扩展都是为了适用更多的情况。

一般线性模型要求观测值之间相互独立，残差（因变量）服从正态分布，残差（因变量）方差齐性。

而混合线性模型取消了观测值之间相互独立和残差（因变量）方差齐性的要求。

广义线性模型又取消了对残差（因变量）服从正态分布的要求。

残差不一定要服从正态分布，可以服从二项、泊松、负二项、正态、伽马、逆高斯等分布，这些分布被统称为指数分布族，并且引入了连接函数。

根据不同的因变量分布、连接函数等组合，可以得到各种不同的广义线性模型。

需要注意的是，虽然广义线性模型不要求因变量服从正态分布，但是仍要求相互独立。

如果不符合相互独立的要求，需要使用广义估计方程。

广义线性模型的一般形式包括线性部分、随机部分εi和连接函数。

连接函数为单调可微的函数，起到连接因变量的估计值μ和自变量的线性预测值η的作用。

在广义线性模型中，自变量的线性预测值是因变量的函数估计值。

广义线性模型设定因变量服从指数族概率分布，这样因变量就可以不局限于正态分布，并且方差可以不稳定。

指数分布族的概率密度函数包括θ和φ两个参数，其中θ为自然参数，φ为离散参数，a、b、c为函数广义线性模型的参数估计。

广义线性模型的参数估计一般不能使用最小二乘法，常用加权最小二乘法或极大似然法。

回归参数需要用迭代法求解。

广义线性模型的检验和拟合优度一般使用似然比检验和Wald检验。

似然比检验是通过比较两个相嵌套模型的对数似然函数来进行的，统计量为G。

模型P中的自变量是模型K 中自变量的一部分，另一部分是要检验的变量。

G服从自由度为K-P的卡方分布。

回归系数使用Wald检验进行模型比较。

广义线性模型的拟合优度通常使用以下统计量来度量：离差统计量、Pearson卡方统计量、AIC、AICC、BIC、CAIC准则，准则的值越小越好。

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山东大学公共卫生学院：刘静
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何为“广义线性模型”？(续)
一个广义线性模型包括以下三个组成部分：
（1）线性成分(linear component ) ：
i 0 1x1i 2 x2i m xmi
（2）随机成分(random component )：
i Yi i
（3）连接函数 ( link function)：
广义线性模型
Generalized linear model
明确两个概念：
线性模型（linear model），也称经典线性模型（classical linear model）或一般线性模型（general linear model, GLM）。
广义线性模型（generalized linear model， GENMOD）是一般线性模型的直接推广，由 Neቤተ መጻሕፍቲ ባይዱder & Wedderburn(1972)首先提出。
2010-4-15
山东大学公共卫生学院：刘静
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指数分布族的概率密度（概率函数）可表示为：
f
(
y)
exp
y b(
a
)
c(
y,)
其中，和为两个参数，称为自然参数，为离散参数；a、b、c为函数。
Ey b'
Vary b''
2010-4-15
山东大学公共卫生学院：刘静
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各种常见的指数型分布及其主要参数
2010-4-15
山东大学公共卫生学院：刘静
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一、何为“广义线性模型”？
广义线性模型（generalized linear model）由 Nelder & Wedderburn(1972)首先提出，是一般线性模型的直接推广，它使因变量的总体均值通过一个非线性连接函数（link function）而依赖于线性预测值，同时还允许响应概率分布为指数分布族中的任何一员。许多广泛应用的统计模型均属于广义线性模型，如logistic回归模型、Probit回归模型、Poisson回归模型、负二项回归模型等。
2010-4-15
山东大学公共卫生学院：刘静
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SAS软件中的PROC GENMOD：
The GENMOD Procedure
The GENMOD procedure fits generalized linear models. The class of generalized linear models is an extension of traditional linear models that allows the mean of a population to depend on a linear predictor through a nonlinear link function and allows the response probability distribution to be any member of an exponential family of distributions. Many widely used statistical models are generalized linear models. These include classical linear models with normal errors, logistic and probit models for binary data, and log-linear models for multinomial data. Many other useful statistical models can be formulated as generalized linear models by the selection of an appropriate link function and response probability distribution.
dependent variables to one or several independent variables. The independent variables may be either classification variables or continuous variables. Thus, the GLM procedure can be used for many different analyses, including simple regression multiple regression analysis of variance (ANOVA), especially for unbalanced data analysis of covariance response-surface models (响应面模型) weighted regression polynomial regression (多项式回归) partial correlation multivariate analysis of variance (MANOVA) repeated measures analysis of variance
分布
b
Ey b' Vary b''
正态分布
2 /2
2
2
1
逆高斯分布
2
2 1/ 2 2
1
3 2
伽玛分布
1
ln
1
1
2
二项分布 ln p
ln1 e 1
1 p
Poisson 分布 ln
e
1
p
e 1 e
e
p1 p
负二项分布 ln
e
k
e
k2
2010-4-15
i g(i )
连接函数为一单调可微（连续且充分光滑）的函数。
2010-4-15
山东大学公共卫生学院：刘静
2010-4-15
山东大学公共卫生学院：刘静
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SAS软件中的PROC GLM：
PROC GLM analyzes data within the framework of general linear models. PROC GLM handles models relating one or several continuous