Чому ? (Одна змінна лінійна регресія)


14

Примітка: SST = сума квадратів Всього, = сума помилок у квадраті , і = сума регресії квадратів. Рівняння в заголовку часто записується як:SSESSR

∑i=1n(yi−y¯)2=∑i=1n(yi−y^i)2+∑i=1n(y^i−y¯)2

Досить просте запитання, але я шукаю інтуїтивне пояснення. Інтуїтивно мені здається, що мав би більше сенсу. Наприклад, припустімо, що точка має відповідне значення y_i = 5 і \ hat y_i = 3 , де \ hat y_i - відповідна точка на лінії регресії. Припустимо також, що середнє значення y для набору даних становить \ bar y = 0 . Тоді для цієї конкретної точки i SST = (5-0) ^ 2 = 5 ^ 2 = 25 , тоді як SSE = (5-3) ^ 2 = 2 ^ 2 = 4 і SSR = (3-0) ^ 2 = 3 ^ 2 = 9 . Очевидно, що 9 + 4 <25 . Чи не був би цей результат узагальненим для всього набору даних? Я не розумію.SST≥SSE+SSRxiг я = 3 у я ˉ у = 0 S S Т = ( 5 - 0 ) 2 = 5 2 = 25 S S Е = ( 5 - 3 3 - 0 ) 2 = 3 2 =yi=5y^i=3y^iy¯=0SST=(5−0)2=52=25S SR = (SSE=(5−3)2=22=4SSR=(3−0)2=32=99+4<25


Відповіді:


15

Додавання і віднімання дає Отже, нам потрібно показати, що . Напишіть Отже, (a) залишки повинні бути ортогональними до встановлених значень, , і (b) сума встановлених значень повинна бути дорівнює сумі залежної змінної,

∑i=1n(yi−y¯)2=∑i=1n(yi−y^i+y^i−y¯)2=∑i=1n(yi−y^i)2+2∑i=1n(yi−y^i)(y^i−y¯)+∑i=1n(y^i−y¯)2
∑i=1n(yi−y^i)(y^i−y¯)=0
∑i=1n(yi−y^i)(y^i−y¯)=∑i=1n(yi−y^i)y^i−y¯∑i=1n(yi−y^i)
ei=yi−y^i∑i=1n(yi−y^i)y^i=0∑i=1nyi=∑i=1ny^i.

Власне, я думаю, що (а) простіше показати в матричній нотації для загальної множинної регресії, окремий випадок якої є окремим випадком: Що стосується (b), похідна від критерію OLS функціонує відносно постійної (значить, вам потрібне одне в регресії, щоб це було правдою!), також нормальним рівнянням, є який можна переставити на Права частина цього рівняння, очевидно, також є , як

e′Xβ^=(y−Xβ^)′Xβ^=(y−X(X′X)−1X′y)′Xβ^=y′(X−X(X′X)−1X′X)β^=y′(X−X)β^=0
∂SSR∂α^=−2∑i(yi−α^−β^xi)=0,
∑iyi=nα^+β^∑ixi
∑i=1ny^iy^i=α^+β^xi .

3

(1) Інтуїція, чомуSST=SSR+SSE

Коли ми намагаємось пояснити загальну варіацію Y ( ) однією пояснювальною змінною X, то є рівно два джерела мінливості. По-перше, є мінливість, захоплена X (Sum Square Regression), а по-друге, є мінливість, не захоплена X (помилка квадратних помилок). Отже, (точна рівність).SSTSST=SSR+SSE

(2) Геометрична інтуїція

Перші фотографії див. Тут (особливо третій): https://sites.google.com/site/modernprogramevaluation/variance-and-bias

Частина загальної зміни даних (відстань від точки даних до ) фіксується лінією регресії (відстань від лінії регресії до ) та помилкою (відстань від точки до лінії регресії) ). Не залишається місця, щоб був більшим, ніж .Y¯Y¯SSTSSE+SSR

(3) Проблема з вашою ілюстрацією

Ви не можете дивитися на SSE і SSR точково. Для певної точки залишковий може бути великим, так що з X. виникає більше помилок, ніж пояснювальна потужність. Однак для інших точок залишковий буде малим, так що лінія регресії пояснює велику мінливість. Вони врівноважуються і в кінцевому рахунку . Звичайно, це не суворо, але ви можете знайти докази, як описано вище.SST=SSR+SSE

Також зауважте, що регресія не буде визначена для однієї точки: , і ви бачите, що знаменник буде нульовим, зробивши оцінку невизначеною.b1=∑(Xi−X¯)(Yi−Y¯)∑(Xi−X¯)2

Сподіваюсь, це допомагає.

- Райан М.


1

Коли перехоплення включено в лінійну регресію (сума залишків дорівнює нулю), .SST=SSE+SSR

довести Просто потрібно довести, що остання частина дорівнює 0: У регресії найменших квадратів сума квадратів помилок зведена до мінімуму.

SST=∑i=1n(yi−y¯)2=∑i=1n(yi−y^i+y^i−y¯)2=∑i=1n(yi−y^i)2+2∑i=1n(yi−y^i)(y^i−y¯)+∑i=1n(y^i−y¯)2=SSE+SSR+2∑i=1n(yi−y^i)(y^i−y¯)
∑i=1n(yi−y^i)(y^i−y¯)=∑i=1n(yi−β0−β1xi)(β0+β1xi−y¯)=(β0−y¯)∑i=1n(yi−β0−β1xi)+β1∑i=1n(yi−β0−β1xi)xi
SSE=∑i=1n(ei)2=∑i=1n(yi−yi^)2=∑i=1n(yi−β0−β1xi)2
Візьміть часткову похідну SSE щодо та встановіть її на нуль. Отже Візьміть часткову похідну SSE щодо та встановіть її на нуль. Отже Отже, β0
∂SSE∂β0=∑i=1n2(yi−β0−β1xi)1=0
∑i=1n(yi−β0−β1xi)1=0
β1
∂SSE∂β1=∑i=1n2(yi−β0−β1xi)1xi=0
∑i=1n(yi−β0−β1xi)1xi=0
∑i=1n(yi−y^i)(y^i−y¯)=(β0−y¯)∑i=1n(yi−β0−β1xi)+β1∑i=1n(yi−β0−β1xi)xi=0
SST=SSE+SSR+2∑i=1n(yi−y^i)(y^i−y¯)=SSE+SSR


Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.