- •Корреляционный и регрессионный анализ (лекции с анимированными фрагментами)
- •Введение
- •1.1. Виды взаимосвязей между признаками
- •1.2. Корреляционные поля и цель их построения
- •1.3. Коэффициенты корреляции и их свойства.
- •1.4. Нормированный коэффициент корреляции Браве-Пирсона
- •Задания на тему лекции
- •1.5. Коэффициент ранговой корреляции Спирмена
- •2.1. Понятие регрессии
- •Задания по теме лекции
- •2.2. Уравнение линейной регрессии
- •2.3. Коэффициенты уравнения парной линейной регрессии
- •2.4. Связь между коэффициентами регрессии и корреляции
- •2.5. Определение параметров парной линейной регрессии
- •2.6. Графическое представление уравнения парной линейной регрессии
- •Задания по теме лекции
- •Литература
- •Приложения
- •Задача 1 – связь прямая, отрицательная. Задача 2 – связь прямая, положительная. Задача 3 – связь практически отсутствует.
Задания на тему лекции
Самостоятельно решите следующие задачи:
Задача 1. Определить достоверность взаимосвязи между показателями веса и результатами прыжков в длину с места у 9 исследуемых с помощью расчета нормированного коэффициента корреляции, если данные выборок таковы:
Показатели веса: xi , кг ~ 66; 80; 73; 74; 85; 79; 68; 71; 70.
Результаты прыжков: yi, см ~ 203; 185; 199; 197; 183; 205; 217; 190; 200.
Задача 2. Определить достоверность взаимосвязи между показателями пульса покоя и пульса восстановления 8 исследуемых с помощью рас-чета нормированного коэффициента корреляции, если данные выборок таковы:
ЧСС покоя: xi , уд/мин ~ 66; 80; 73; 74; 85; 79; 68; 71.
ЧСС восстановления: yi, уд/мин ~ 70; 85; 78; 78; 90; 84; 66; 72.
Задача 3. Определить достоверность взаимосвязи между результатами времени прохождения дистанции и показателями абсолютных значений в пробе PWC170 у 10 юных яхтсменов с помощью расчета нормированного коэффициента корреляции, если данные выборок таковы:
Результат на дистанции:
xi , с ~ 61,3; 65,0; 79,3; 80,0; 74,7; 72,0; 72,0; 61,7; 79,3; 74,7; 65,7.
Проба PWC170:
yi, кГм/мин ~ 917; 875; 810; 608; 746; 632; 710; 850; 911;. 732; 915.
1.5. Коэффициент ранговой корреляции Спирмена
Если потребуется установить связь между
двумя признаками, значения которых в
генеральной совокупности распределены
не по нормальному закону, т. е. предположение
о том, что двумерная выборка (xi
и yi) получена из двумерной
нормальной генеральной совокупности,
не принимается, то можно воспользоваться
коэффициентом ранговой корреляции
Спирмена (
):
(1.2)
где: dx и dy – ранги показателей xi и yi;
n – число коррелируемых пар.
Коэффициент ранговой корреляции также имеет пределы 1 и –1. Если ранги одинаковы для всех значений xi и yi, то все разности рангов (dx - dy) = 0 и = 1. Если ранги xi и yi расположены в обратном порядке, то = -1. Таким образом, коэффициент ранговой корреляции является мерой совпадения рангов значений xi и yi.
Когда ранги всех значений xi и yi строго совпадают или расположены в обратном порядке, между случайными величинами Х и Y существует функциональная зависимость, причем эта зависимость не обязательно линейная, как в случае с коэффициентом линейной корреляции Браве-Пирсона, а может быть любой монотонной зависимостью (т. е. постоянно возрастающей или постоянно убывающей зависимостью). Если зависимость монотонно возрастающая, то ранги значений xi и yi совпадают и = 1; если зависимость монотонно убывающая, то ранги обратны и = –1. Следовательно, коэффициент ранговой корреляции является мерой любой монотонной зависимости между случайными величинами Х и Y.
Из формулы (8.2) видно, что для вычисления
необходимо
сначала проставить ранги (dx
и dy) показателей xi
и yi, найти разности рангов
(dx - dy) для
каждой пары показателей и квадраты этих
разностей (dx - dy)2.
Зная эти значения, находятся суммы
,
учитывая, что
всегда
равна нулю. Затем, вычислив значение
,
необходимо определить достоверность
найденного коэффициента корреляции,
сравнив его фактическое значение с
табличным (табл. 9 приложения). Если
,
то можно говорить о том, что между
признаками наблюдается достоверная
взаимосвязь. Если
,
то между признаками наблюдается
недостоверная корреляционная взаимосвязь.
Коэффициент ранговой корреляции Спирмена вычисляется значительно проще, чем коэффициент корреляции Браве-Пирсона при одних и тех же исходных данных, поскольку при вычислении используются ранги, представляющие собой обычно целые числа.
Коэффициент ранговой корреляции целесообразно использовать в следующих случаях:
Если экспериментальные данные представляют собой точно измеренные значения признаков Х и Y и требуется быстро найти приближенную оценку коэффициента корреляции. Тогда даже в случае двумерного нормального распределения генеральной совокупности можно воспользоваться коэффициентом ранговой корреляции вместо точного коэффициента корреляции Браве-Пирсона. Вычисления будут существенно проще, а точность оценки генерального параметра р с помощью коэффициента при больших объемах выборки составляет 91,2% по отношению к точности оценки по коэффициенту корреляций.
Когда значения xi и (или) yi заданы в порядковой шкале (например, оценки судей в баллах, места на соревнованиях, количественные градации качественных признаков), т. е. когда признаки не могут быть точно измерены, но их наблюдаемые значения могут быть расставлены в определенном порядке.
Просмотрите примеры решения задач.
Пример 1.6. Определить достоверность взаимосвязи между показателями веса и максимального количества сгибания и разгибания рук в упоре лежа у 10 исследуемых с помощью расчета рангового коэффициента корреляции, если данные выборок таковы:
xi, кг ~ 55; 45; 43; 47; 47; 51; 48; 60; 53; 50
yi, кол-во раз ~ 26; 20; 25; 22; 27; 28; 16; 15; 18; 24
Решение
1. Расчет рангового коэффициента корреляции Спирмена произвести по формуле (1):
(1)
где: dx и dy — ранги показателей х и у;
n — число коррелируемых пар или исследуемых.
2. Данные тестирования занести в рабочую таблицу и сделать необходимые расчеты.
xi |
dx |
yi |
dy |
|
|
55 |
9 |
26 |
9 |
0 |
0 |
45 |
2 |
20 |
4 |
-2 |
4 |
43 |
1 |
25 |
7 |
-6 |
36 |
47 |
3.5 |
22 |
5 |
-1.5 |
2.25 |
47 |
3.5 |
7 |
8 |
-4.5 |
20.25 |
51 |
7 |
28 |
10 |
-3 |
9 |
48 |
5 |
16 |
2 |
3 |
9 |
60 |
10 |
15 |
1 |
9 |
81 |
53 |
8 |
18 |
3 |
5 |
25 |
50 |
6 |
24 |
6 |
0 |
0 |
|
|
|
|
= 0 |
|
Тогда
3. Сравнить расчетное значение рангового коэффициента корреляции (rф = -0,13) с табличным значением для n = 10 при = 5% (табл.2 приложения) и сделать вывод.
Вывод:
1) т.к. rф = -0,13 < 0, то между данными выборок наблюдается прямая отрицательная взаимосвязь, т.е. увеличением показателей веса вызывает снижение максимального количество сгибаний и разгибаний рук в упоре лежа в группе исследуемых;
2) т.к. rф = -0,13 < rst = 0,64 для n = 10 при = 5%, то с уверенностью = 95% можно говорить о том, что выявленная зависимость недостоверна.
