Домой Зубы мудрости Матрица парных коэффициентов линейной корреляции. Анализ матрицы коэффициентов парной корреляции

Зубы мудрости

Матрица парных коэффициентов линейной корреляции. Анализ матрицы коэффициентов парной корреляции

Первоначально в модель у включают все главные компоненты (в скобках указаны расчетные значения t -критерия):

Качество модели характеризуют: множественный коэффициент детерминации r = 0,517, средняя относительная ошибка аппроксимации = 10,4%, остаточная дисперсия s 2 = 1,79 и F набл = 121. Ввиду того что F набл > F кр =2,85 при α = 0,05, v 1 = 6, v 2 = 14, уравнение регрессии значимо и хотя бы один из коэффициентов регрессии - β 1 , β 2 , β 3 , β 4 - не равен нулю.

Если значимость уравнения регрессии (гипотеза Н 0: β 1 = β 2 = β 3 = β 4 = 0проверялась при α = 0,05, то значимость коэффициентов регрессии, т.е. гипотезы H 0: β j = 0 (j = 1, 2, 3, 4), следует проверять при уровне значимости, большем, чем 0,05, например при α = 0,1. Тогда при α = 0,1, v = 14 величина t кр = 1,76, и значимыми, как следует из уравнения (53.41), являются коэффициенты регрессии β 1 , β 2 , β 3 .

Учитывая, что главные компоненты не коррелированы между собой, можно сразу исключить из уравнения все незначимые коэффициенты, и уравнение примет вид

(53.42)

Сравнив уравнения (53.41) и (53.42), видим, что исключение незначимых главных компонент f 4 и f 5 , не отразилось на значениях коэффициентов уравнения b 0 = 9,52, b 1 = 0,93, b 2 = 0,66 и соответствующих t j (j = 0, 1, 2, 3).

Это обусловлено некоррелированностью главных компонент. Здесь интересна параллель уравнений регрессии по исходным показателям (53.22), (53.23) и главным компонентам (53.41), (53.42).

Уравнение (53.42) значимо, поскольку F набл = 194 > F кр = 3,01, найденного при α = 0,05, v 1 = 4, v 2 = 16. Значимы и коэффициенты уравнения, так как t j > t кр . = 1,746, соответствующего α = 0,01, v = 16 для j = 0, 1, 2, 3. Коэффициент детерминации r = 0,486 свидетельствует о том, что 48,6% вариации у обусловлено влияниемтрех первых главных компонент.

Уравнение (53.42) характеризуется средней относительной ошибкой аппроксимации = 9,99% и остаточной дисперсией s 2 = 1,91.

Уравнение регрессии на главных компонентах (53.42) обладает несколько лучшими аппроксимирующими свойствами по сравнению с регрессионной моделью (53.23) по исходным показателям: r = 0,486 > r = 0,469; = 9,99% < (х ) = 10,5% и s 2 (f) = 1,91 < s 2 (x) = 1,97. Кроме того, в уравнении (53.42) главные компоненты являются линейными функциями всех исходных показателей, в то время как в уравнение (53.23) входят только две переменные (x 1 и х 4 ). В ряде случаев приходится учитывать, что модель (53.42) трудноинтерпретируема, так как в нее входит третья главная компонента f 3 , которая нами не интерпретирована и вклад которой в суммарную дисперсию исходных показателей (x 1 , ..., х 5) составляет всего 8,6%. Однако исключение f 3 из уравнения (53.42) значительно ухудшает аппроксимирующие свойства модели: r = 0,349; = 12,4% и s 2 (f ) = 2,41. Тогда в качестве регрессионной модели урожайности целесообразно выбрать уравнение (53.23).

Кластерный анализ

В статистических исследованиях группировка первичных данных является основным приемом решения задачи классификации, а поэтому и основой всей дальнейшей работы с собранной информацией.

Традиционно эта задача решается следующим образом. Из множества признаков, описывающих объект, отбирается один, наиболее информативный, с точки зрения исследователя, и производится группировка данных в соответствии со значениями этого признака. Если требуется провести классификацию по нескольким признакам, ранжированным между собой по степени важности, то сначала осуществляется классификация по первому признаку, затем каждый из полученных классов разбивается на подклассы по второму признаку и т.д. Подобным образом строится большинство комбинационных статистических группировок.

В тех случаях, когда не представляется возможным упорядочить классификационные признаки, применяется наиболее простой метод многомерной группировки - создание интегрального показателя (индекса), функционально зависящего от исходных признаков, с последующей классификацией по этому показателю.

Развитием этого подхода является вариант классификации по нескольким обобщающим показателям (главным компонентам), полученным с помощью методов факторного или компонентного анализа.

При наличии нескольких признаков (исходных или обобщенных) задача классификации может быть решена методами кластерного анализа, которые отличаются от других методов многомерной классификации отсутствием обучающих выборок, т.е. априорной информации о распределении генеральной совокупности.

Различия между схемами решения задачи по классификации во многом определяются тем, что понимают под понятиями «сходство» и «степень сходства».

После того как сформулирована цель работы, естественно попытаться определить критерии качества, целевую функцию, значения которой позволят сопоставить различные схемы классификации.

В экономических исследованиях целевая функция, как правило, должна минимизировать некоторый параметр, определенный на множестве объектов (например, целью классификации оборудования может явиться группировка, минимизирующая совокупность затрат времени и средств на ремонтные работы).

В случаях когда формализовать цель задачи не удается, критерием качества классификации может служить возможность содержательной интерпретации найденных групп.

Рассмотрим следующую задачу. Пусть исследуется совокупность п объектов, каждый из которых характеризуется k измеренными признаками. Требуется разбить эту совокупность на однородные в некотором смысле группы (классы). При этом практически отсутствует априорная информация о характере распределения k -мерного вектора Х внутри классов.

Полученные в результате разбиения группы обычно называются кластерами* (таксонами**, образами), методы их нахождения - кластер-анализом (соответственно численной таксономией или распознаванием образов с самообучением).

* Clаster (англ.) - группа элементов, характеризуемых каким-либо общимсвойством.

**Тахоп (англ.) - систематизированная группа любой категории.

Необходимо с самого начала четко представлять, какая из двух задач классификации подлежит решению. Если решается обычная задача типизации, то совокупность наблюдений разбивают на сравнительно небольшое число областей группирования (например, интервальный вариационный ряд в случае одномерных наблюдений) так, чтобы элементы одной такой области находились друг от друга по возможности на небольшом расстоянии.

Решение другой задачи заключается в определении естественного расслоения результатов наблюдений на четко выраженные кластеры, лежащие друг от друга на некотором расстоянии.

Если первая задача типизации всегда имеет решение, то во втором случае может оказаться, что множество наблюдений не обнаруживает естественного расслоения на кластеры, т.е. образует один кластер.

Хотя многие методы кластерного анализа довольно элементарны, основная часть работ, в которых они были предложены, относится к последнему десятилетию. Это объясняется тем, что эффективное решение задач поиска кластеров, требующее выполнения большого числа арифметических и логических операций, стало возможным только с возникновением и развитием вычислительной техники.

Обычной формой представления исходных данных в задачах кластерного анализа служит матрица

каждая строка которой представляет результаты измерений k рассматриваемых признаков у одного из обследованных объектов. В конкретных ситуациях может представлять интерес как группировка объектов, так и группировка признаков. В тех случаях, когда разница между двумя этими задачами не существенна, например при описании некоторых алгоритмов, мы будем пользоваться только термином «объект», включая в это понятие и термин «признак».

Матрица Х не является единственным способом представления данных в задачах кластерного анализа. Иногда исходная информация задана в виде квадратной матрицы

элемент r ij которой определяет степень близости i -го объекта к j -му.

Большинство алгоритмов кластерного анализа полностью исходит из матрицы расстояний (или близостей) либо требует вычисления отдельных ее элементов, поэтому если данные представлены в форме X, то первым этапом решения задачи поиска кластеров будет выбор способа вычисления расстояний, или близости, между объектами или признаками.

Несколько проще решается вопрос об определении близости между признаками. Как правило, кластерный анализ признаков преследует те же цели, что и факторный анализ: выделение групп связанных между собой признаков, отражающих определенную сторону изучаемых объектов. Мерой близости в этом случае служат различные статистические коэффициенты связи.

Похожая информация.

Для определения степени зависимости между несколькими показателями применяется множественные коэффициенты корреляции. Их затем сводят в отдельную таблицу, которая имеет название корреляционной матрицы. Наименованиями строк и столбцов такой матрицы являются названия параметров, зависимость которых друг от друга устанавливается. На пересечении строк и столбцов располагаются соответствующие коэффициенты корреляции. Давайте выясним, как можно провести подобный расчет с помощью инструментов Excel.

Принято следующим образом определять уровень взаимосвязи между различными показателями, в зависимости от коэффициента корреляции:

0 – 0,3 – связь отсутствует;
0,3 – 0,5 – связь слабая;
0,5 – 0,7 – средняя связь;
0,7 – 0,9 – высокая;
0,9 – 1 – очень сильная.

Если корреляционный коэффициент отрицательный, то это значит, что связь параметров обратная.

Для того, чтобы составить корреляционную матрицу в Экселе, используется один инструмент, входящий в пакет «Анализ данных» . Он так и называется – «Корреляция» . Давайте узнаем, как с помощью него можно вычислить показатели множественной корреляции.

Этап 1: активация пакета анализа

Сразу нужно сказать, что по умолчанию пакет «Анализ данных» отключен. Поэтому, прежде чем приступить к процедуре непосредственного вычисления коэффициентов корреляции, нужно его активировать. К сожалению, далеко не каждый пользователь знает, как это делать. Поэтому мы остановимся на данном вопросе.

После указанного действия пакет инструментов «Анализ данных» будет активирован.

Этап 2: расчет коэффициента

Теперь можно переходить непосредственно к расчету множественного коэффициента корреляции. Давайте на примере представленной ниже таблицы показателей производительности труда, фондовооруженности и энерговооруженности на различных предприятиях рассчитаем множественный коэффициент корреляции указанных факторов.

Этап 3: анализ полученного результата

Теперь давайте разберемся, как понимать тот результат, который мы получили в процессе обработки данных инструментом «Корреляция» в программе Excel.

Как видим из таблицы, коэффициент корреляции фондовооруженности (Столбец 2 ) и энерговооруженности (Столбец 1 ) составляет 0,92, что соответствует очень сильной взаимосвязи. Между производительностью труда (Столбец 3 ) и энерговооруженностью (Столбец 1 ) данный показатель равен 0,72, что является высокой степенью зависимости. Коэффициент корреляции между производительностью труда (Столбец 3 ) и фондовооруженностью (Столбец 2 ) равен 0,88, что тоже соответствует высокой степени зависимости. Таким образом, можно сказать, что зависимость между всеми изучаемыми факторами прослеживается довольно сильная.

Как видим, пакет «Анализ данных» в Экселе представляет собой очень удобный и довольно легкий в обращении инструмент для определения множественного коэффициента корреляции. С его же помощью можно производить расчет и обычной корреляции между двумя факторами.

По территориям Южного федерального округа РФ приводятся данные за 2011 год

Территории федерального округа	Валовой региональный продукт, млрд. руб., Y	Инвестиции в основной капитал, млрд. руб., X1
1. Респ. Адыгея
2. Респ. Дагестан
3. Респ. Ингушетия
4. Кабардино-БалкарскаяРесп.
5. Респ. Калмыкия
6. Карачаево-ЧеркесскаяРесп.
7. Респ. Северная Осетия - Алания
8. Краснодарский кра)
9. Ставропольский край
10. Астраханская обл.
11. Волгоградская обл.
12. Ростовская обл.

1. Рассчитайте матрицу парных коэффициентов корреляции; оцените статистическую значимость коэффициентов корреляции.
2. Постройте поле корреляции результативного признака и наиболее тесно связанного с ним фактора.
3. Рассчитайте параметры линейной парной регрессии для каждого фактора Х..
4. Оцените качество каждой модели через коэффициент детерминации, среднюю ошибку аппроксимации и F-критерий Фишера. Выберите лучшую модель.

составит 80% от его максимального значения. Представьте графически: фактические и модельные значения, точки прогноза.

6. Используя пошаговую множественную регрессию (метод исключения или метод включения), постройте модель формирования цены квартиры за счёт значимых факторов. Дайте экономическую интерпретацию коэффициентов модели регрессии.
7. Оцените качество построенной модели. Улучшилось ли качество модели по сравнению с однофакторной моделью? Дайте оценку влияния значимых факторов на результат с помощью коэффициентов эластичности,в - и -? коэффициентов.

При решении данной задачи расчеты и построение графиков и диаграмм будем вести с использованием настройки Excel Анализ данных.

1. Рассчитаем матрицу парных коэффициентов корреляции и оценим статистическую значимость коэффициентов корреляции

В диалоговом окне Корреляция в поле Входной интервал вводим диапазон ячеек, содержащих исходные данные. Так как мы выделили и заголовки столбцов, то устанавливаем флажок Метки в первой строке.

Получили следующие результаты:

Таблица 1.1 Матрица парных коэффициентов корреляции

Анализ матрицы коэффициентов парной корреляции показывает, что зависимая переменная Y, т.е валового регионального продукта имеет более тесную связь с Х1 (инвестиции в основной капитал). Коэффициент корреляции равен 0,936. Это означает, что на 93,6% зависимая переменная Y (валовой региональный продукт) зависит от показателя Х1 (инвестиции в основной капитал).

Статистическая значимость коэффициентов корреляции определим с помощью t-критерия Стьюдента. Табличное значение сравниваем с расчетными значениями.

Вычислим табличное значение с помощью функции СТЬЮДРАСПОБР.

t табл.=0,129 при доверительной вероятности равной 0,9 и степенью свободы (n-2).

Статистическим значимым является фактор Х1.

2. Построим поле корреляции результативного признака (валового регионального продукта) и наиболее тесно связанного с ним фактора (инвестиции в основной капитал)

Для этого воспользуемся инструментом построения точечной диаграммы программы Excel.

В результате получаем поле корреляции цены валового регионального продукта, млрд. руб. и инвестиции в основной капитал, млрд. руб. (рисунок 1.1.).

Рисунок 1.1

3. Рассчитаем параметры линейной парной регрессии для каждого фактора Х

Для расчета параметров линейной парной регрессии воспользуемся инструментом Регрессия, входящим в настойку Анализ данных.

В диалоговом окне Регрессия в поле Входной интервал Y вводим адрес диапазона ячеек, которые представляет зависимую переменную. В поле

Входной интервал Х вводим адрес диапазона, который содержит значения независимых переменных. Выполним вычисления параметры парной регрессии для фактора Х.

Для Х1 получили следующие данные, представленные в таблице 1.2:

Таблица 1.2

Уравнение регрессии зависимости цены валового регионального продукта от инвестиции в основной капитал имеет вид:

4. Оценим качество каждой модели через коэффициент детерминации, среднюю ошибку аппроксимации и F-критерий Фишера. Установим, какая модель является лучшей.

Коэффициент детерминации, среднюю ошибку аппроксимации мы получили в результате расчетов, проведенных в пункте 3. Полученные данные представлены в следующих таблицах:

Данные по Х1:

Таблица 1.3а

Таблица 1.4б

А) Коэффициент детерминации определяет, какая доля вариации признака У учтена в модели и обусловлена влиянием на него фактора Х. Чем больше значение коэффициента детерминации, тем теснее связь между признаками в построенной математической модели.

В программе Excel обозначается R-квадрат.

Исходя из данного критерия наиболее адекватной является модель уравнения регрессии зависимости цены валового регионального продукта от инвестиции в основной капитал (Х1).

Б) Среднюю ошибку аппроксимации рассчитаем по формуле:

где числитель - сумма квадратов отклонения расчетных значений от фактических. В таблицах она находится в столбце SS, строке Остатки.

Среднее значение цены квартиры рассчитаем в Excel с помощью функции СРЗНАЧ. = 24,18182 млрд. руб.

При проведении экономических расчетов модель считается достаточно точной, если средняя ошибка аппроксимации меньше 5%, модель считается приемлемой, если средняя ошибка аппроксимации меньше 15%.

По данному критерию, наиболее адекватной является математическая модель для уравнения регрессии зависимости цены валового регионального продукта от инвестиции в основной капитал (Х1).

В) Для проверки значимости модели регрессии используется F-тест. Для этого выполняется сравнение и критического (табличного)значений F-критерия Фишера.

Расчетные значения приведены в таблицах 1.4б (обозначены буквой F).

Табличное значение F-критерий Фишера рассчитаем в Excel с помощью функции FРАСПОБР. Вероятность возьмем равной 0,05. Получили: = 4,75

Расчетные значения F-критерий Фишера для каждого фактора сравним с табличным значением:

71,02 > = 4,75 модель по данному критерию адекватна.

Проанализировав данные по всем трем критериям, можно сделать вывод, что наиболее лучшей является математическая модель, построена для фактора валового регионального продукта, которая описана линейным уравнением

5. Для выбранной модели зависимости цены валового регионального продукта

осуществим прогнозирование среднего значения показателя при уровне значимости, если прогнозное значения фактора составит 80% от его максимального значения. Представим графически: фактические и модельные значения, точки прогноза.

Рассчитаем прогнозное значение Х, по условию оно составит 80% от максимального значения.

Рассчитаем Х max в Excel с помощью функции МАКС.

0,8 *52,8 = 42,24

Для получения прогнозных оценок зависимой переменной подставим полученное значение независимой переменной в линейное уравнение:

5,07+2,14*42,24 = 304,55 млрд. руб.

Определим доверительный интервал прогноза, который будет иметь следующие границы:

Для вычисления доверительного интервала для прогнозного значения рассчитываем величину отклонения от линии регрессии.

Для модели парной регрессии величина отклонения рассчитывается:

т.е. значение стандартной ошибки из таблицы 1.5а.

(Так как число степеней свободы равно единицы, то знаменатель будет равен n-2). корреляция парная регрессия прогноз

Для расчета коэффициента воспользуемся функцией Excel СТЬЮДРАСПОБР, вероятность возьмем равную 0,1, число степеней свободы 38.

Значение рассчитаем с помощью Excel, получим 12294.

Определим верхнюю и нижнюю границы интервала.

304,55+27,472= 332,022
304,55-27,472= 277,078

Таким образом, прогнозное значение = 304,55 тыс.долл., будет находиться между нижней границей, равной 277,078 тыс.долл. и верхней границей, равной 332,022 млдр. Руб.

Фактические и модельные значения, точки прогноза представлены графически на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2

6. Используя пошаговую множественную регрессию (метод исключения), построим модель формирования цены валового регионального продукта за счёт значимых факторов

Для построения множественной регрессии воспользуемся функцией Регрессия программы Excel, включив в нее все факторы. В результате получаем результативные таблицы, из которых нам необходим t-критерий Стьюдента.

Таблица 1.8а

Таблица 1.8б

Таблица 1.8в.

Получаем модель вида:

Поскольку < (4,75 < 71,024), уравнение регрессии следует признать адекватным.

Выберем наименьшее по модулю значение t-критерия Стьюдента, оно равно 8,427, сравниваем его с табличным значением, которые рассчитываем в Excel, уровень значимости берем равным 0,10, число степеней свободы n-m-1=12-4=8: =1,8595

Поскольку 8,427>1,8595 модель следует признать адекватной.

7. Для оценки значимого фактора полученной математической модели, рассчитаем коэффициенты эластичности, и - коэффициенты

Коэффициент эластичности показывает, насколько процентов изменится результативный признак при изменении факторного признака на 1%:

Э X4 = 2,137 *(10,69/24,182) = 0,94%

То есть с ростом инвестиции в основной капитал 1% стоимость в среднем возрастает на 0,94%.

Коэффициент показывает на какую часть величины среднего квадратического отклонения меняется среднее значение зависимой переменной с изменением независимой переменной на одно среднеквадратическое отклонение.

2,137* (14.736/33,632) = 0,936.

Данные средних квадратических отклонений взяты из таблиц, полученных с помощью инструменты Описательная статистика.

Таблица 1.11 Описательная статистика (Y)

Таблица 1.12 Описательная статистика (Х4)

Коэффициент определяет долю влияния фактора в суммарном влиянии всех факторов:

Для расчета коэффициентов парной корреляции вычисляем матрицу парных коэффициентов корреляции в программе Excel с помощью инструмента Корреляция настройки Анализа данных.

Таблица 1.14

(0,93633*0,93626) / 0,87 = 1,00.

Вывод: Из полученных расчетов можно сделать вывод, что результативный признак Y (валовой региональный продукт) имеет большую зависимость от фактора X1 (инвестиции в основной капитал) (на 100%).

Список литературы

1. Магнус Я.Р., Катышев П.К., Пересецкий А.А. Эконометрика. Начальный курс. Учебное пособие. 2-е изд. - М.: Дело, 1998. - с. 69 - 74.
2. Практикум по эконометрике: Учебное пособие / И.И. Елисеева, С.В. Курышева, Н.М. Гордеенко и др. 2002. - с. 49 - 105.
3. Доугерти К. Введение в эконометрику: Пер. с англ. - М.: ИНФРА-М, 1999. - XIV, с. 262 - 285.
4. Айвызян С.А., Михтирян В.С. Прикладная математика и основы эконометрики. -1998., с 115-147 .
5. Кремер Н.Ш., Путко Б.А. Эконометрика. -2007. с 175-251.

	y	x (1)	x (2)	x (3)	x (4)	x (5)
y	1.00	0.43	0.37	0.40	0.58	0.33
x (1)	0.43	1.00	0.85	0.98	0.11	0.34
x (2)	0.37	0.85	1.00	0.88	0.03	0.46
x (3)	0.40	0.98	0.88	1.00	0.03	0.28
x (4)	0.58	0.11	0.03	0.03	1.00	0.57
x (5)	0.33	0.34	0.46	0.28	0.57	1.00

Анализ матрицы парных коэффициентов корреляции показывает, что результативный показатель наиболее тесно связан с показателем x (4) - количество удобрений, расходуемых на 1 га ().

В то же время связь между признаками-аргументами достаточно тесная. Так, существует практически функциональная связь между числом колесных тракторов (x (1)) и числом орудий поверхностной обработки почвы .

О наличии мультиколлинеарности свидетельствуют также коэффициенты корреляции и . Учитывая тесную взаимосвязь показателей x (1) , x (2) и x (3) , в регрессионную модель урожайности может войти лишь один из них.

Чтобы продемонстрировать отрицательное влияние мультиколлинеарности, рассмотрим регрессионную модель урожайности, включив в нее все исходные показатели:

F набл = 121.

В скобках указаны значения исправленных оценок среднеквадратических отклонений оценок коэффициентов уравнения .

Под уравнением регрессии представлены следующие его параметры адекватности: множественный коэффициент детерминации ; исправленная оценка остаточной дисперсии , средняя относительная ошибка аппроксимации и расчетное значение -критерия F набл = 121.

Уравнение регрессии значимо, т.к. F набл = 121 > F kp = 2,85 найденного по таблице F -распределения при a=0,05; n 1 =6 и n 2 =14.

Из этого следует, что Q¹0, т.е. и хотя бы один из коэффициентов уравнения q j (j = 0, 1, 2, ..., 5) не равен нулю.

Для проверки гипотезы о значимости отдельных коэффициентов регрессии H0: q j =0, где j =1,2,3,4,5, сравнивают критическое значение t kp = 2,14, найденное по таблице t -распределения при уровне значимости a=2Q =0,05 и числе степеней свободы n=14, с расчетным значением . Из уравнения следует, что статистически значимым является коэффициент регрессии только при x (4) , так как ½t 4 ½=2,90 > t kp =2,14.

Не поддаются экономической интерпретации отрицательные знаки коэффициентов регрессии при x (1) и x (5) . Из отрицательных значений коэффициентов следует, что повышение насыщенности сельского хозяйства колесными тракторами (x (1)) и средствами оздоровления растений (x (5)) отрицательно сказывается на урожайности. Таким образом, полученное уравнение регрессии неприемлемо.

Для получения уравнения регрессии со значимыми коэффициентами используем пошаговый алгоритм регрессионного анализа. Первоначально используем пошаговый алгоритм с исключением переменных.

Исключим из модели переменную x (1) , которой соответствует минимальное по абсолютной величине значение ½t 1 ½=0,01. Для оставшихся переменных вновь построим уравнение регрессии:

Полученное уравнение значимо, т.к. F набл = 155 > F kp = 2,90, найденного при уровне значимости a=0,05 и числах степеней свободы n 1 =5 и n 2 =15 по таблице F -распределения, т.е. вектор q¹0. Однако в уравнении значим только коэффициент регрессии при x (4) . Расчетные значения ½t j ½ для остальных коэффициентов меньше t кр = 2,131, найденного по таблице t -распределения при a=2Q =0,05 и n=15.

Исключив из модели переменную x (3) , которой соответствует минимальное значение t 3 =0,35 и получим уравнение регрессии:

(2.9)

В полученном уравнении статистически не значим и экономически не интерпретируем коэффициент при x (5) . Исключив x (5) получим уравнение регрессии:

(2.10)

Мы получили значимое уравнение регрессии со значимыми и интерпретируемыми коэффициентами.

Однако полученное уравнение является не единственно “хорошей” и не “самой лучшей” моделью урожайности в нашем примере.

Покажем, что в условии мультиколлинеарности пошаговый алгоритм с включением переменных является более эффективным. На первом шаге в модель урожайности y входит переменная x (4) , имеющая самый высокий коэффициент корреляции с y , объясняемой переменной -r (y , x (4))=0,58. На втором шаге, включая уравнение наряду с x (4) переменные x (1) или x (3) , мы получим модели, которые по экономическим соображениям и статистическим характеристикам превосходят (2.10):

(2.11)

(2.12)

Включение в уравнение любой из трех оставшихся переменных ухудшает его свойства. Смотри, например, уравнение (2.9).

Таким образом, мы имеем три “хороших” модели урожайности, из которых нужно выбрать по экономическим и статистическим соображениям одну.

По статистическим критериям наиболее адекватна модель (2.11). Ей соответствуют минимальные значения остаточной дисперсии =2,26 и средней относительной ошибки аппроксимации и наибольшие значения и F набл = 273.

Несколько худшие показатели адекватности имеет модель (2.12), а затем - модель (2.10).

Будем теперь выбирать наилучшую из моделей (2.11) и (2.12). Эти модели отличаются друг от друга переменными x (1) и x (3) . Однако в моделях урожайностей переменная x (1) (число колесных тракторов на 100 га) более предпочтительна, чем переменная x (3) (число орудий поверхностной обработки почвы на 100 га), которая является в некоторой степени вторичной (или производной от x (1)).

В этой связи из экономических соображений предпочтение следует отдать модели (2.12). Таким образом, после реализации алгоритма пошагового регрессионного анализа с включением переменных и учета того, что в уравнение должна войти только одна из трех связанных переменных (x (1) , x (2) или x (3)) выбираем окончательное уравнение регрессии:

Уравнение значимо при a=0,05, т.к. F набл = 266 > F kp = 3,20, найденного по таблице F -распределения при a=Q =0,05; n 1 =3 и n 2 =17. Значимы и все коэффициенты регрессии и в уравнении ½t j ½>t kp (a=2Q =0,05; n=17)=2,11. Коэффициент регрессии q 1 следует признать значимым (q 1 ¹0) из экономических соображений, при этом t 1 =2,09 лишь незначительно меньше t kp = 2,11.

Из уравнения регрессии следует, что увеличение на единицу числа тракторов на 100 га пашни (при фиксированном значении x (4)) приводит к росту урожайности зерновых в среднем на 0,345 ц/га.

Приближенный расчет коэффициентов эластичности э 1 »0,068 и э 2 »0,161 показывает, что при увеличении показателей x (1) и x (4) на 1% урожайность зерновых повышается в среднем соответственно на 0,068% и 0,161%.

Множественный коэффициент детерминации свидетельствует о том, что только 46,9% вариации урожайности объясняется вошедшими в модель показателями (x (1) и x (4)), то есть насыщенностью растениеводства тракторами и удобрениями. Остальная часть вариации обусловлена действием неучтенных факторов (x (2) , x (3) , x (5) , погодные условия и др.). Средняя относительная ошибка аппроксимации характеризует адекватность модели, так же как и величина остаточной дисперсии . При интерпретации уравнения регрессии интерес представляют значения относительных ошибок аппроксимации . Напомним, что - модельное значение результативного показателя, характеризует среднее для совокупности рассматриваемых районов значение урожайности при условии, что значения объясняющих переменных x (1) и x (4) зафиксированы на одном и том же уровне, а именно x (1) = x i (1) и x (4) = x i (4) . Тогда по значениям d i можно сопоставлять районы по урожайности. Районы, которым соответствуют значения d i >0, имеют урожайность выше среднего, а d i <0 - ниже среднего.

В нашем примере, по урожайности наиболее эффективно растениеводство ведется в районе, которому соответствует d 7 =28%, где урожайность на 28% выше средней по региону, и наименее эффективно - в районе с d 20 =-27,3%.

Задачи и упражнения

2.1. Из генеральной совокупности (y , x (1) , ..., x (p)), где y имеет нормальный закон распределения с условным математическим ожиданием и дисперсией s 2 , взята случайная выборка объемом n , и пусть (y i , x i (1) , ..., x i (p)) - результат i -го наблюдения (i =1, 2, ..., n ). Определить: а) математическое ожидание МНК-оценки вектора q ; б) ковариационную матрицу МНК-оценки вектора q ; в) математическое ожидание оценки .

2.2. По условию задачи 2.1 найти математическое ожидание суммы квадратов отклонений, обусловленных регрессией, т.е. EQ R , где

2.3. По условию задачи 2.1 определить математическое ожидание суммы квадратов отклонений, обусловленных остаточной вариацией относительно линий регрессии, т.е. EQ ост, где

2.4. Доказать, что при выполнении гипотезы Н 0: q=0 статистика

имеет F-распределение с числами степеней свободы n 1 =p+1 и n 2 =n-p-1.

2.5. Доказать, что при выполнении гипотезы Н 0: q j =0 статистика имеет t-распределение с числом степеней свободы n=n-p-1.

2.6. На основании данных (табл.2.3) о зависимости усушки кормового хлеба (y ) от продолжительности хранения (x ) найти точечную оценку условного математического ожидания в предположении, что генеральное уравнение регрессии - линейное.

Таблица 2.3.

Требуется: а) найти оценки и остаточной дисперсии s 2 в предположении, что генеральное уравнение регрессии имеет вид ; б) проверить при a=0,05 значимость уравнения регрессии, т.е. гипотезу Н 0: q=0; в) с надежностью g=0,9 определить интервальные оценки параметров q 0 , q 1 ; г) с надежностью g=0,95 определить интервальную оценку условного математического ожидания при х 0 =6; д) определить при g=0,95 доверительный интервал предсказания в точке х =12.

2.7. На основании данных о динамике темпов прироста курса акций за 5 месяцев, приведенных в табл. 2.4.

Таблица 2.4.

месяцы (x )
y (%)

и предположения, что генеральное уравнение регрессии имеет вид , требуется: а) определить оценки и параметров уравнения регрессии и остаточной дисперсии s 2 ; б) проверить при a=0,01 значимость коэффициента регрессии, т.е. гипотезы H 0: q 1 =0;

в) с надежностью g=0,95 найти интервальные оценки параметров q 0 и q 1 ; г) с надежностью g=0,9 установить интервальную оценку условного математического ожидания при x 0 =4; д) определить при g=0,9 доверительный интервал предсказания в точке x =5.

2.8. Результаты исследования динамики привеса молодняка приведены в табл.2.5.

Таблица 2.5.

Предполагая, что генеральное уравнение регрессии - линейное, требуется: а) определить оценки и параметров уравнения регрессии и остаточной дисперсии s 2 ; б) проверить при a=0,05 значимость уравнения регрессии, т.е. гипотезы H 0: q=0;

в) с надежностью g=0,8 найти интервальные оценки параметров q 0 и q 1 ; г) с надежностью g=0,98 определить и сравнить интервальные оценки условного математического ожидания при x 0 =3 и x 1 =6;

д) определить при g=0,98 доверительный интервал предсказания в точке x =8.

2.9. Себестоимость (y ) одного экземпляра книги в зависимости от тиража (x ) (тыс.экз.) характеризуется данными, собранными издательством (табл.2.6). Определить МНК-оценки и параметров уравнения регрессии гиперболического вида , с надежностью g=0,9 построить доверительные интервалы для параметров q 0 и q 1 , а также условного математического ожидания при x =10.

Таблица 2.6.

Определить оценки и параметров уравнения регрессии вида , проверить при a=0,05 гипотезу Н 0: q 1 =0 и построить с надежностью g=0,9 доверительные интервалы для параметров q 0 и q 1 и условного математического ожидания при x =20.

2.11. В табл. 2.8 представленные данные о темпах прироста (%) следующих макроэкономических показателей n =10 развитых стран мира за 1992г.: ВНП - x (1) , промышленного производства - x (2) , индекса цен - x (3) .

Таблица 2.8.

Страны

x и параметров уравнения регрессии, оценку остаточной дисперсии; б) проверить при a=0,05 значимость коэффициента регрессии, т.е. Н 0: q 1 =0; в) с надежностью g=0,9 найти интервальные оценки q 0 и q 1 ; г) найти при g=0,95 доверительный интервал для в точке х 0 =х i , где i =5; д) сравнить статистические характеристики уравнений регрессий: 1, 2 и 3.

2.12. Задачу 2.11 решить, приняв за объясняемую величину (у ) показатель x (1) , а за объясняющую (х ) переменную x (3) .

1. Айвазян С.А., Мхитарян В.С. Прикладная статистика и основы эконометрики: Учебник. М., ЮНИТИ, 1998 (2-е издание 2001);

2. Айвазян С.А., Мхитарян В.С. Прикладная статистика в задачах и упражнениях: Учебник. М. ЮНИТИ – ДАНА, 2001;

3. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей. М., Финансы и статистика, 1985, 487с.;

4. Айвазян С.А., Бухштабер В. М., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Классификация и снижение размерностей. М., Финансы и статисика, 1989, 607с.;

5. Джонстон Дж. Эконометрические методы, М.: Статистика, 1980, 446с.;

6. Дубров А.В., Мхитарян В.С., Трошин Л.И. Многомерные статистические методы. М., Финансы и статистика, 2000;

7. Мхитарян В.С., Трошин Л.И. Исследование зависимостей методами корреляции и регрессии. М., МЭСИ, 1995, 120с.;

8. Мхитарян В.С., Дубров А.М., Трошин Л.И. Многомерные статистические методы в экономике. М., МЭСИ, 1995, 149с.;

9. Дубров А.М., Мхитарян В.С., Трошин Л.И. Математическая статистика для бизнесменов и менеджеров. М., МЭСИ, 2000, 140с.;

10. Лукашин Ю.И. Регрессионные и адаптивные методы прогнозирования: Учебное пособие, М., МЭСИ, 1997.

11. Лукашин Ю.И. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования. ‑ М., Статистика, 1979.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1 . Варианты заданий для самостоятельных компьютерных исследований.

Коллинеарными являются факторы …

Решение:

Считается, что две переменные явно коллинеарны, т.е. находятся между собой в линейной зависимости, если . В нашей модели только коэффициент парной линейной регрессии между факторами и больше 0,7. , значит, факторы и коллинеарны.

4. В модели множественной регрессии определитель матрицы парных коэффициентов корреляции между факторами , и близок к нулю. Это означает, что факторы , и …

мультиколлинеарны

независимы

количественно измеримы

Решение:

Для оценки мультиколлинеарности факторов может использоваться определитель матрицы парных коэффициентов корреляции между факторами. Если факторы не коррелированы между собой, то матрица парных коэффициентов корреляции между факторами была бы единичной. Поскольку все недиагональные элементы были бы равны нулю.
, поскольку = = и = = =0.
Если между факторами существует полная линейная зависимость и все коэффициенты парной корреляции равны единице, то определитель такой матрицы равен нулю.

Чем ближе к нулю определитель матрицы межфакторной корреляции, тем сильнее мультиколлинеарность факторов и ненадежнее результаты множественной регрессии. И, наоборот, чем ближе к единице определитель матрицы межфакторной корреляции, тем меньше мультиколлинеарность факторов.

5. Для эконометрической модели линейного уравнения множественной регрессии вида построена матрица парных коэффициентов линейной корреляции (y – зависимая переменная; х (1) , х (2) , х (3) , x (4) – независимые переменные):

Коллинеарными (тесно связанными) независимыми (объясняющими) переменными не являются …

x (2) и x (3)

x (1) и x (3)

x (1) и x (4)

x (2) и x (4)

Решение:

При построении модели множественной регрессии необходимо исключить возможность существования тесной линейной зависимости между независимыми (объясняющими) переменными, которая ведет к проблеме мультиколлинеарности. При этом осуществляют проверку коэффициентов линейной корреляции для каждой пары независимых (объясняющих) переменных. Эти значения отражены в матрице парных коэффициентов линейной корреляции. Считается, что наличие значений коэффициентов парной корреляции между объясняющими переменными, превышающих по абсолютной величине 0,7, отражает тесную связь между этими переменными (теснота связи с переменной y в данном случае не рассматривается). Такие независимые переменные называются коллинеарными. Если значение коэффициента парной корреляции между объясняющими переменными не превышает по абсолютной величине 0,7, то такие объясняющие переменные не являются коллинеарными. Рассмотрим значения парных коэффициентов межфакторной корреляции: между x (1) и x (2) значение равно 0,45; между x (1) и x (3) – равно 0,82; между x (1) и x (4) – равно 0,94; между x (2) и x (3) – равно 0,3; между x (2) и x (4) – равно 0,7; между x (3) и x (4) – равно 0,12. Таким образом, не превышают 0,7 значения , , . Следовательно, коллинеарными не являются факторы x (1) и x (2) , x (2) и x (3) , x (3) и x (4) . Из последних перечисленных пар в вариантах ответов присутствует пара x (2) и x (3) – это верный вариант ответа. Для остальных пар: x (1 и x (3) , x (1) и x (4) , x (2) и x (4) – значения парных коэффициентов межфакторной корреляции превышают 0,7, и эти факторы являются коллинеарными.

Тема 3: Фиктивные переменные

1. Дана таблица исходных данных для построения эконометрической регрессионной модели:

Фиктивными переменными не являются …

стаж работы

производительность труда

уровень образования

уровень квалификации работника

Решение:

2. При исследовании зависимости потребления мяса от уровня дохода и пола потребителя можно рекомендовать …

использовать фиктивную переменную – пол потребителя

разделить совокупность на две: для потребителей женского пола и для потребителей мужского пола

использовать фиктивную переменную – уровень дохода

исключить из рассмотрения пол потребителя, так как данный фактор нельзя измерить количественным образом

Решение:

При построении регрессионной модели может возникнуть ситуация, когда необходимо включить в уравнение помимо количественных переменных переменные, отражающие некоторые атрибутивные признаки (пол, образование, регион и т.п.). Такого рода качественные переменные называются «фиктивными» (dummy) переменными. Они отражают неоднородность исследуемой статистической совокупности и используются для более качественного моделирования зависимостей в таких неоднородных объектах наблюдения. При моделировании отдельных зависимостей по неоднородным данным можно также воспользоваться способом разделения всей совокупности неоднородных данных на несколько отдельных совокупностей, количество которых равно количеству состояний dummy-переменной. Таким образом правильными вариантами ответов являются: «использовать фиктивную переменную – пол потребителя» и «разделить совокупность на две: для потребителей женского пола и для потребителей мужского пола».

3. Изучается зависимость цены квартиры (у ) от ее жилой площади (х ) и типа дома. В модель включены фиктивные переменные, отражающие рассматриваемые типы домов: монолитный, панельный, кирпичный. Получено уравнение регрессии: ,
где ,
Частными уравнениями регрессии для кирпичного и монолитного являются …

для типа дома кирпичный

для типа дома монолитный

для типа дома кирпичный

для типа дома монолитный

Решение:

Требуется узнать частное уравнение регрессии для кирпичного и монолитного домов. Для кирпичного дома значения фиктивных переменных следующие , . Уравнение примет вид: или для типа дома кирпичный.
Для монолитного дома значения фиктивных переменных следующие , . Уравнение примет вид
или для типа дома монолитный.