Як сума двох змінних може пояснити більше дисперсії, ніж окремі змінні?


13

Я отримую деякі непрості результати для співвідношення суми з третьою змінною, коли два предиктори негативно співвідносяться. Що викликає ці неспокійні результати?

Приклад 1: Кореляція між сумою двох змінних та третьої змінної

Розглянемо формулу 16.23 на сторінці 427 тексту Гільдфорда 1965 року, показану нижче.

Непроста знахідка: Якщо обидві змінні співвідносяться .2 з третьою змінною і співвідносяться -7 між собою, формула призводить до значення .52. Яким чином може бути співвідношення підсумкової з третьою змінною .52, якщо дві змінні корелюють лише .2 з третьою змінною?

Приклад 2: Яка множинна кореляція між двома змінними та третьою змінною?

Розглянемо формулу 16.1 на сторінці 404 тексту Гільдфорда 1965 року (показано нижче).

Заплутане знахідка: та ж ситуація. Якщо обидві змінні корелюють .2 з третьою змінною і співвідносяться -7 між собою, формула призводить до значення .52. Яким чином може бути співвідношення підсумкової з третьою змінною .52, якщо дві змінні корелюють лише .2 з третьою змінною?

Я спробував невелике моделювання Монте-Карло, і це підтверджує результати формул Гілфорда.

Але якщо два предиктори прогнозують 4% дисперсії третьої змінної, то як їх сума може передбачити 1/4 дисперсії?

співвідношення суми двох змінних з третьою змінною множинна кореляція двох змінних з третьою змінною

Джерело: Фундаментальна статистика з психології та освіти, 4-е видання, 1965.

ПОЯСНЕННЯ

Ситуація, з якою я маю справу, передбачає прогнозування майбутньої діяльності окремих людей на основі вимірювання їхніх здібностей зараз.

Дві діаграми Венна, наведені нижче, показують моє розуміння ситуації і призначені для уточнення моєї загадки.

Ця діаграма Венна (рис. 1) відображає нульовий порядок r = .2 між x1 і C. У моєму полі є багато таких змінних прогнозів, які скромно прогнозують критерій.

Рис.1

Ця діаграма Венна (рис. 2) відображає два таких предиктори, x1 та x2, кожен прогнозуючи C при r = .2, і два предиктори негативно корелюють, r = - 7.

Рис.2

Я втрачаю уявлення про зв'язок між двома прогнозами r = .2, які мали б їх разом передбачити 25% дисперсії C.

Я шукаю допомоги для розуміння взаємозв'язку між x1, x2 та C.

Якщо x2 (як це запропонували деякі у відповіді на моє запитання) x2 виконує функцію супресорної змінної для x1, яка область у другій діаграмі Венна придушується?

Якщо конкретний приклад був би корисним, ми можемо вважати, що x1 і x2 є двома людськими здібностями, а C - 4-річним середнім балом коледжу, через 4 роки.

У мене виникають труднощі з уявленням, як змінна супресора може призвести до збільшення 8% поясненої дисперсії двох r = .2 нульового порядку r's для збільшення та пояснення 25% дисперсії C. Конкретний приклад був би дуже корисною відповіддю.


У статистиці є давнє правило, згідно з яким дисперсія суми набору незалежних змінних дорівнює сумі їх дисперсій.
— Майк Хантер

@DJohnson. Як ваш коментар стосується поставленого запитання?
— Джоель В.

Вибачте, я не розумію питання. Для мене очевидно, як це стосується. Крім того, це коментар, який не підходить для винагороди і не вимагає більш глибокої розробки.
— Мистер Хантер

1
@DJohnson. Як ваш коментар стосується поставленого запитання? Для мене НЕ очевидно, як це стосується.
— Джоель В.

2
Ваше запитання про значення N поглядів може отримати кращу відповідь на сайті Meta CV.
— mdewey

Відповіді:


3

Це може статися, коли обидва предиктори містять великий коефіцієнт неприємності, але з протилежним знаком, тому коли ви додаєте їх, неприємність скасовується, і ви отримуєте щось набагато ближче до третьої змінної.

Проілюструємо ще більш крайній приклад. Припустимо, є незалежними стандартними нормальними випадковими змінними. Тепер нехайX,Y∼N(0,1)

A=X

B=−X+0.00001Y

Скажіть, що - ваша третя змінна, A , B - ваші два предиктори, а X - латентна змінна, про яку ви нічого не знаєте. Кореляція A з Y дорівнює 0, а кореляція B з Y дуже мала, близька до 0,00001. * Але кореляція A + B з Y дорівнює 1.YA,BXA+BY

* Існує маленька крихітна корекція, коли стандартне відхилення B становить трохи більше 1.


Чи виникає такий тип ситуації в соціальних науках?
— Джоель В.

1
У суспільствознавчому жаргоні це в основному лише сильний ефект, який бентежить слабкий ефект певним чином. Я не експерт з суспільних наук, але не можу уявити, що важко знайти приклад цього.
— Павло

Чи можете ви мати якісь приклади, крім фізичних наук?
— Джоель В.

Чи можна відносини, які ви описуєте, відображати на діаграмі Венна?
— Джоель В.

Я особисто не знайшов би діаграму Венна корисною тут, але якщо потрібно, я намалював би B як прямокутник, а потім розділив його на два під прямокутники, великий жирний A і крихітний худий Y. Підсумовування A і B є скасовуючи велику частину A і залишаючи крихітну частину Y.
— Павло

10

Ці три змінні можуть бути корисними як уявлення про лінійні комбінації інших некорельованих змінних. Щоб покращити наше розуміння, ми можемо зобразити їх геометрично, працювати з ними алгебраїчно та надавати статистичні описи, як нам заманеться.

Розглянемо, то, три корельовані з нульовим середнім, одиничною дисперсією змінних , Y , і Z . З них будують наступне:XYZ

U=X,V=(−7X+51Y)/10;W=(3X+17Y+55Z)/75.

Геометричне пояснення

Наступна графіка - про все, що вам потрібно для розуміння взаємозв'язку між цими змінними.

Малюнок

UVWU+VX,Y,ZUVUVWUVW, зробивши гострий кут (близько 45 градусів): є несподівано висока позитивна кореляція.


Алгебраїчні розрахунки

Для тих, хто хоче більшої жорсткості, ось алгебра для резервного копіювання геометрії у графіці.

UVW

Cor⁡(U,V)=Cov⁡(U,V)=E(UV)=E(51XY−7X2)/10=−7/10=−0.7

XY

Cor⁡(U,W)=3/75=1/5=0.2

і

Cor⁡(V,W)=(−73+1517)/(1075)=1/5=0.2.

Нарешті,

Cor⁡(U+V,W)=Cov⁡(U+V,W)Var⁡(U+V)Var⁡(W)=1/5+1/5Var⁡(U)+Var⁡(V)+2Cov⁡(U,V)=2/51+1−2(7/10)=2/53/5≈0.5164.

Отже, ці три змінні мають бажані кореляції.


Статистичне пояснення

Тепер ми можемо зрозуміти, чому все працює так, як це відбувається:

  • UV−7/10VUY

  • UW1/5WUYZ

  • VW1/5W75

    • 17YV
    • −3XV
    • Z
  • U+V=(3X+51Y)/10=3/100(3X+17Y)WWZ


Чи є спосіб показати це на діаграмі Венна? Незважаючи на математику, я все ще не бачу логіки суми двох змінних, що пояснюють 25 +% дисперсії третьої змінної, коли кожна з цих двох змінних, що входять до суми, прогнозує, але 4% дисперсії цієї третьої змінної . Як 8% поясненої дисперсії може стати 25% поясненою дисперсією лише додаванням двох змінних?
— Джоель В.

Також, чи є практичне застосування цього дивного явища?
— Джоель В.

Якщо діаграма Венна недоречна для відображення поясненої дисперсії, ви можете сказати мені, чому вона недоречна?
— Джоель В.

@JoelW. Приємна відповідь стосується того, чому діаграми Венна не вирішують завдання ілюструвати це явище (наприкінці відповіді): stats.stackexchange.com/a/73876/5829
— Джейк Вестфаль,

Джоель, Коенс використав венноподібну діаграму, яку вони назвали "Баллантин" для аналізу варіацій. Наприклад, див. Ww2.amstat.org/publications/jse/v10n1/kennedy.html . Що стосується практичних застосувань, вам слід задати протилежне запитання: які застосування дисперсійних та дисперсійних розкладів не є практичними?
— whuber

5

Ще один простий приклад:

  • z∼N(0,1)
  • x1∼N(0,1)
  • x2=z−x1z=x1+x2

Потім:

  • Corr(z,x1)=0
  • Corr(z,x2)≈.7
  • Corr(z,x1+x2)=1

Геометрично те, що відбувається, схоже на графіці WHuber. Концептуально це може виглядати приблизно так: введіть тут опис зображення

E[XY]

x1zθ

  • Corr(z,x1)=cos⁡θzx1=0θz,x1=π2
  • Corr(z,x2)=cos⁡θzx2≈.7θz,x2=π4
  • Corr(z,x1+x2)=cos⁡θz,x1+x2=1θz,x1+x2=0

z−x1x2z−x1x1x2−x1x2


(+1) Гарний приклад!
— користувач795305

Будь ласка, поясніть умови своєї відповіді. Поставивши z = x1 + x2, чому б сказати «тоді Corr (z, x1) = 0»? Ви хочете сказати, що Corr (z, x1) = 0 випливає з вашого першого заяви Let, або кореляція нуля є додатковим припущенням? Якщо це додаткове припущення, чому ситуація в первинному питанні вимагає цього додаткового припущення?
— Джоель В.

zx1zx1z−x1x2

@MatthewGunn. Ваш третій Нехай говорить z = x1 + x2. Це, здається, порушує ваші перші два. Скажімо, що z і x1 є незалежними.
— Джоель В.

1
z=x1+x2zx1

3

Адресація вашого коментаря:

Незважаючи на математику, я все ще не бачу логіки суми двох змінних, що пояснюють 25 +% дисперсії третьої змінної, коли кожна з цих двох змінних, що входять до суми, прогнозує, але 4% дисперсії цієї третьої змінної . Як 8% поясненої дисперсії може стати 25% поясненою дисперсією лише додаванням двох змінних?

Тут схоже на те, що термінологія "пояснюється дисперсія". Як і багато термінів у статистиці, це було обрано для того, щоб це звучало так, що це означає більше, ніж насправді.

Y

y=(6,7,4,8,9,6,6,3,5,10)

UYRRY

r=(−20,−80,100,90,50,70,40,30,40,60)

U=R+0.1Y

u=(−19.4,−79.3,100.4,90.8,50.9,70.6,40.6,30.3,40.5,61.0)

V=−R+0.1Y

v=(20.6,80.7,−99.6,−89.2,−49.1,−69.4,−39.4,−29.7,−39.5,−59.0)

UVYr0.2YY

YUURVRYU+V

Діаграма кожної зі змінних

ABBA


@ naught101 створив деякі фігури, щоб проілюструвати ваші змінні, Flounderer. Ви можете побачити, чи включає вони звернення до вас.
— gung - Відновіть Моніку

Звичайно, відредагуйте його як завгодно. Я не можу насправді переглядати зображення на роботі, але я впевнений, що це буде добре!
— Флонджер

Я відхилив пропозицію, не знаючи, що він тут зв’язався з вами. Ви можете затвердити його, перейшовши до запропонованої черги редагування.
— gung - Відновіть Моніку

Наведений вами приклад цікавий, якщо ретельно продуманий, але ситуація, яку я представив, є більш загальною (з ретельно вибраними числами) та базується на двох змінних N (0,1). Навіть якщо ми змінимо термінологію з "пояснює" на "поділитися", питання залишається. Як можна 2 випадкові змінні, кожна з 4% спільної дисперсії з третьою змінною, поєднати у вигляді простої суми, яка за формулою має 25% спільної дисперсії з третьою змінною? Крім того, якщо мета - передбачення, чи є в реальному практичному застосуванні це дивне збільшення спільної дисперсії?
— Joel W.

Що ж, в будь-якій точці електроніки, коли у вас є (гучний шум + слабкий сигнал) + (-гучний шум) = слабкий сигнал, ви б застосували це. Наприклад, навушники з шумопоглинанням.
— Флонджер
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.