Файл: Лекция 7. Метод наименьших квадратов.doc

Скачать файл (0,70Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Смоленский областной казачий институт промышленных технологий и бизнеса

Категория: Лекция

Дисциплина: Методы обработки экспериментальных данных

Добавлен: 29.10.2018

Просмотров: 557

Скачиваний: 34

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Множественная корреляция

Пусть случайная величина Y зависит от величин Такую корреляцию называют множественной. Уравнение линейной множественной регрессии ищется в виде:

Используемая выборка состоит из n наборов соответствующих значений величины Y, где Коэффициенты находятся по выборке методом наименьших квадратов.

Как и в случае линейной парной регрессии, средние значения должны удовлетворять этом уравнению:

Это позволяет, исключив коэффициент , записать уравнение регрессии в виде:

Такая запись уравнения весьма удобна и позволяет понизить на единицу порядок системы нормальных уравнений.

Пример. В течение 7 месяцев фирма давала рекламу своего товара по телевидению и в печати. Ежемесячные расходы на рекламу (, а также доход фирмы от продажи товара (Y) в тыс. у.е. сведены в таблице:

		Y
100	100	500
140	100	550
100	140	570
120	120	570
140	100	560
100	140	580
140	140	590

Получить по таблице уравнение регрессии

на основании которого предложить эффективную рекламную политику.

Решение. Уравнение регрессии будем искать в виде

Из таблицы находим: Переопределенная система линейных уравнений, даваемая выборкой, примет вид:

После сокращения и удаления уравнения, не содержащего неизвестных, получаем:

Соответствующая нормальная система запишется в виде:

Ее решение: Полученные значения коэффициентов регрессии свидетельствуют о том, что реклама по телевидению убыточна , а реклама в печати, наоборот, приносит некоторый доход . Поэтому относительно среднего уровня вложения в рекламу по телевидению следует снизить, направив освободившиеся средства на рекламу в печати.

4.Метод наименьших квадратов

Пусть величина Y является линейной комбинацией величин

неизвестные коэффициенты которой нужно найти. Для этого величинам придается n наборов значений и измеряются соответствующие значения Y. Это дает для определения следующую систему линейных уравнений:

где обозначает значение величины в

Минимальное число необходимых для этого уравнений n равно l. Если определитель системы отличен от нуля, что обычно и имеет место на практике, то система имеет при единственное решение. Если же число уравнений n больше числа неизвестных l, то так как любые n из уравнений системы являются независимыми, а остальные – их следствиями, теоретически можно выбрать любую подсистему из l уравнений и решить ее. На практике, однако, каждое измерение величины Y неизбежно связано с погрешностью. Это приводит к тому, что система при оказывается несовместной. Если же из нее выбрать подсистему из l уравнений, то полученные значения коэффициентов будут зависеть от этого выбора.

Для разрешения данной ситуации еще в начале XIX века немецким математиком Гауссом и французским математиком Лежандром был предложен прием, получивший название метода наименьших квадратов, который стал одним из основных способов обработки экспериментальных данных. Фактически, этот прием уже использовался нами при определении коэффициентов линейной и параболической парной корреляции. Теперь этот важный метод будет рассмотрен в общем виде.

Уравнения системы пытаются удовлетворить приближенно. В качестве меры близости берется сумма квадратичных уклонений левых частей от свободных членов. Решением по методу наименьших квадратов называется набор , доставляющий минимум функционала

Отметим, что если система допускает точное решение, то минимальное значение F оказывается равным нулю, и решение по методу наименьших квадратов является точным решением. Практически же для более точного нахождения неизвестных коэффициентов систему стараются переопределить как можно сильнее, увеличивая число уравнений n. Если ошибку в измерении величины Y считать, как обычно делается в теории ошибок, нормально распределенной случайной величиной с нулевым математическим ожиданием, то такой метод может быть обоснован теоретически как доставляющий значения , наиболее близкие к их действительным значениям.

Условия минимума F является равенство нулю частных производных:

что дает для определения систему l линейных уравнений с l неизвестными, которая называется системой нормальных уравнений.

Если ввести матрицу A исходной системы уравнений, вектор-столбец свободных членов y и вектор-столбец неизвестных a:

то в матричном виде систему нормальных уравнений можно записать как

где матрица, получаемая из матрицы A транспонированием.

Матрица нормальной системы является квадратной симметрической матрицей. Ее элементы равны скалярному произведению i-го и j-го столбцов матрицы A.

Пример: Дана система точек, координаты которых указаны в таблице, число точек

x		0	1	2	3	4
y	0	2	3	3,5	3	4,5

Требуется построить прямую с уравнением .

Решение: Очевидно, что точки с данными координатами не могут быть расположены на одной прямой, а построить прямую как бы «сглаживающую» эти точки, можно. Для этого достаточно решить систему уравнений, приведенную в соответствующей теоретической части. Для удобства расчетов строим рабочую таблицу: