多元线性回归分析的信息化处理
C i s Junl f eh r ac .】 Maae e t ue 07,v 14 。3 hn e ora 。 H a hI e m1is r n gm n,Jn ,20 t dd 。 ,N . .
中国卫生信息管理杂志 20 07年 6月第4卷第 3期
6 7
多 元 线 性 回 归 分 析 的 信 息 化 处 理
王 晓 刚
扬 州 环 境 资源 学 院基 础 部 ,扬 州 2 5 2 2 17
摘要 在 多元 线性 回9 的概念 的基 础上 ,介 绍 了如何 利 用专 业统 计软 件 S S 3 - P S与 电子表 格 软 件 E cl 行 多元 线性 回归分析 。 xe 进
关键词 多元线性 回归 统 软件 S S 电子表格软件 E cl PS xe
一
元 直线 回归描 述 _ r一个 因变量 y与一 个 自变
其 中, 是第 i 变 量 的第 J个 观察 值 ,计 算 个 _
矩 阵 A与矩 阵 B如下 :
A= X,B= ・ X Y () 3
量 问的线性 依存关 系 。南于事物 之 问的联 系常 常
是多方 面的 ,因而我们往 往要 面对 一个 因变 量 l与 , 多个 自变量 , ,… , 问 的依 存 关 系 ,最 简 其 中,
是 矩 阵 的转 置 矩 阵 ,也 就 是 行 列
单 的 就 是 线 性 依 存 关 系 ,这 就 是 多 元 线 性 回 归
( l pel e rrge s n 。 mut l i a e rsi ) i n o
互换 的矩阵 。最后计算 出 回归方 程 的常数 项 与偏 回
归 系数 向量如 下 :
b (。 2 = b ,b ,b ,… ,b = ) A~ ・ B
() 4
多元线性 回归 在医学 和卫 生学 中的应 用特 别 广 泛 ,主要有 用多元 线性 回归描 述某 些 因素 与某 一 医
学 现象的数 量关系 ,女l 温 、湿 度 与某 病 发病 率 的 f 气 关 系 ;进行 因素 分析 ,如 在 肺 癌 病 因 分 析研 究 中 , 应用 多元 回归 ,可分 析某些 因素 的相 对重 要性 ;用
多元 线性 同』 方程进 行预测 预报 和统计控 制等 。 J ]
显 然 ,多元 线 性 回归是 一 个 非 常 复杂 的课 题 ,
随着 自变量 数 日的增 加 ,计 算 量 会 成 倍 地 急 剧 增 加 ,早 年 , 回归 系数 向 量 b计 算 需 要 研 究 者 编 制 专 门的计 算 机 程 序 ,利 用 计 算 机 进 行 计 算 ,这 就 要 求研 究 者 具 备 较 专 业 的计 算 机 编程 技 术 。随 着 计 算 机信 息 处 理 技 术 的迅 速 发 展 , 出现 了许 多 专 业 的 面 向对 象 的统 计 分 析 软 件 ,这 些 软 件 大 多 功 能 强 大 ,而 且 使 用 界 面非 常友 好 ,把 我 们 从 繁 琐 的计算 中解 放 了 出来 ,使 我
们 能 够 比较 轻 松 地 完
多元线 性 回归 的概 念 及
回归 方 程 的计 算
多 元线性 回归 的一般 表达式 为 :
^
Y = b + b l+ b X2 + … + 6 o I 2
m
成 多元 回归 分 析 。本 文 抛 砖 引玉 ,介 绍 如 何 利 用
( ) 1
^
专 业统 计 软件 S S P S和 电子 表 格 软 件 E cl 行 多 xe 进
元 回归 分 析 。
式 中 l是 冈 变 量 的估 计 值 , 。 , , ,…,
是 自变量 ,n 是 自变量 的个数 ,6 是 回归方程 的常 l
数 项 ,b ,6 ,… ,6 偏 回归系数 。 : 是 在一 个样 本 含 量为 n的样 本 中 ,各 自变量 ,
…
,
,
及对 应 闪 变量 y的 n个 观 察 值 向 量 记
利用 专 业统 计 软 件 S S P S进 行 多 元 回归 分析
S S 一 款 专 业 化 的统 计 软 件 产 品 ,运 行 环 P S是 境 是 Wid w 0 0 n o s 0 ,主流 版本是 S S 1. ,该软 件 2 P S00 启 动后 ,在 主 窗 口 中有 两 个 标 签 页 ,一 个 是 D t a a Ve i w,另一 个 是 V r b i ai l V e a e w,前 者 显示 数 据 ,后
者 显示 变量 ,如 图 1 图 2所示 。 和 下 面通 过例 子介绍 S S P S的使用 。
为 ( X ., , ) : - J 12 … , .= , , n,构 造 矩 阵 , Y 与矩阵 y如下 :
1
1
l Y l 1 2
l X2 2
,
X =
Y =
● ● ●
() 2
1
X 】 X,2
6 8
巾同 I -f 符州 杂 志 20 Uti :息 { 0 7年 6月第 4卷第 3期
C ieeJu a 。 ahIfrai n ngm n J n hns or l f l om tsadMaae et u e,20 n He t n c 0 7,Vo. 14, N . o3
,
例
,
某年 某地测 得 2 9名 1 3岁 男童 身 高 ( m) c
在 使用 S S P S进 行 统 计 分 析之 前 ,可 用 其 他 数 据库 软件或 电子表格 软件输 入 原始数 据 ,然后 启 动 S S 1 . ,在 V r beVe PS00 ai l i a w标签 页建立 三个 数值 变
量 ,如 图 3所示 。
体 重 (g k )X ,及 肺 活 量 ( ) l数 据 如 表 1 L ,
所示 ,以 肺 活 量 为 因 变 量 对 数 据 进 行 多 元 回 归
分析 。
蹬 鑫鹱 鲢骥基 蠹 囊醵露毽 赣 匿蠹鼷鳆
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图 1
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图2
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图3
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中同卫生信息管胖杂志 20 0 7年 6月第 4卷第 3期
6 9
表 1 某 年 某地 1 3岁男 童 身高 、体 重 、肺 活 量 测试 数 据 表
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2口 口 27 5 25 0 27 5 2口 口 27 5 15 口 25 口 22 5
1 36 6 口 165 4 D
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1 64 5 口
1 7吕 6 口 1 97 4 口 1 5口 4 0
3 0 55 4 0 15 3 0 1O
3 .0 3口
1 85 4 0
1 55 6 0 1 5口 3 口 1 33 5 O 12口 5 口
1 口5 5 口
3 口 72
4 口 95 2 口 76 4 O 1O 3 口 2D 4 0 72 3 口 20 4 0 05 4 D 33 4 口 47 3 0 75 3 D 15 3 D 39 4 口 04 3 0 85 3 口 75 3 口 60 3 口 47 3 口 95 3 2口 口
3口 口
12 5 27 5 17 5
22 5
2— 4~ 6— 8~ ~ 惶一 ¨~ ~ 仃~ ~ 一 ~ 一 蕊一 勰~ 3— 5— 7~ 9~ ”一 侣一 帽一 侣~ 如一 船~ 巧~ 万一 约
1 30 5 0 176 4 0 175 5 口 1 5 1 5 口 1口5 6 口 1 30 4 0
1 94 A 0
17 5 2D D 22 5 27 5 2口 0 17 5 22 5 27 5 25 口 2口 D 17 5 22 5 25 口 17 5
1 口8 6 口 1 9口 5 0 1 82 5 口 1 00 5 口 1 45 4 o 1 46 5 口 1 65 5 D
{
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而 订 苫
S :
图4
再将 数据 复制到 S S P
S的 D t Ve a i a w标 签页 ,具 体 如图 4所示 。
执 行 命 令 “ nlz R ges n Lna … ” A a e ers o/ ier y/ i ,如 图 5所示 ,将 会 打 开 “ i a ers o ” 对 话 框 , Ln rR g s n e ei
如 图 6所示 。
6所 不 。
单击 “ i a ersi ” 对话 框 中 的 “ tt— Ln rR ges n e o Sa s i
ts i …”命令按钮 , c 进一步打开 “ i a R g so : Ln r er s n e ei
Sa sc ”对 话框 ( 图 7所示 ) ttt s ii 如 ,选 中三个 复选项
“ sm t ” “ d l t 与 “ ecit e ” Et ae 、 Moe f” i s i D sr i s ,单击 pv “ ot u ” 命 令按 钮 ,同到 _一 级对 话 框 “ i a C ni e n l Ln r e
Re r si n” g e so
,
将变 量 l加 入 到 “ ee dn ” 组 件 中 ,将 变 , D pnet
量 与 , 加入 “n ee dn S ” 组件 中,如 图 Idp n e t( )
最 后单击 “ K 命令按 钮 。 O ”
7 0
中 国 生 信 息管 理 杂志 20 07年 6月 第 4卷第 3期
C i s unl f el f r ac n aae et u e 07 o 4 o3 hn eJ ra H at h om tsadM ngm n,Jn ,20 ,V 1 ,N . e o o h i .
鹅
Fl gi iw aa  ̄Som疆要!I ie dt t e I ̄Y i I !溪 ah Uiiis idw _l Dz _ l Wno H p t te e
图5
图6
图7
系统 自动 完 成 多 元 分 析 过 程 ,并 成 输 出 文 档
‘ u ul ,输 出文档 中主要有 以下 几张表 : O t t” p
三个 变量两 两相关 系数矩 阵
Co rl t ns reai o
三个变量 的均数 、标 准差及样 本含 量
C ieeJu a 。 el n n ai n ngm n,J .20 ,v 1 ,N . h s om f a hIf nt adMaae Pt ue 0 7 。. n I H t 0 c 4 。3
中国 生信息管 杂志2x7年6月第 4卷第 3期 (】
71
复相关 系数
M o e mm ay d lSu r
Co fii ns efc e t
Co f ce s ef int i
由此 可得 多元 同【 方程是 : J ]
Y = 一0 5 6 +0. 05 7 . 6 0 01 X1+0. 4 6 05 0 X!
当然经过 显 著 性 检 验 ,偏 回归 系 数 b
具 有 不
统计意义 ( 0 6 9 ,即 变量 与 】之 间无线 性 P= . 3 ) ,
利 用 电子 表格 软 件 E c l x e 进 行 多元 回归分 析
S S 然 功 能 强 大 ,但 普 及 不 广 ,在 平 时 的 P S虽
办公 自动化 中 ,进行 数据处 理 的工具 往往 是 电子 表 格软件 E cl x e。电子表 格软件 E cl xe 同样具 有较 强 的
同归关 系 ,将 剔 除 ,莆 新建 立 回归 方 程 ,当然
在本例 中 ,共 有 两 个 自变 量 ,去 掉 一 个 ,剩 下 ,
与 】为一 元线 性 回归 ,具 体操 作 与多元 回归 类 似 , , 唯一 不 同是 在 “ i a R g s o ” 对 话 框 f 加 入 Ln l er s n e" ei } 1
“n e ed n S ”组 件 巾的只有一 个 白变量 , Id pn e t( ) 而
统计处 理功 能 ,只是 使用 上不 太方 便 ,要求 使用 者 对统计 公式 的具体 内容和来 龙 去脉 较 为清 楚 。下 面 仍 以表 1 例 ,谈 一谈 利 用 电子表 格 软 件 E cl 为 xe 进
行 多元 回归分 析 。
已 ,这 不 再赘述 。
72
【【 Uk i f日1 f息竹卵杂志 20 J ! , 0 7年 6月第 4卷第 3期
C ieeJun f el f r tsadM ngm n,Jn ,20 ,V 1 ,N . hns orao at h o i n aae et ue 07 o 4 o3 l H h mac .
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1. 75 2 .25 1 .75 2 .O0 2 .25 2 .75
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32 0 。
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5 6 4 4 4 6 3 5 5 6 5
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31 .5
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1 .了5 2. 25 2 .75 2 .50 2 .00 1 .了5 2 .25
14 4 9. 1 60. 8
1 59. 0
1 58. 2
1 50. 0 1 44. 5 1 54. 6 1 56. 5
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2 2 7 6 2 2 8 7
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36 0 . 34 7 .
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1 5 .了 2 25 .
2 .5o
1 .75
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3 5 9.
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图8
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I h e 1 h e2 h e 3 \S et kS e  ̄ /se t /
图9
首 先 启 动 E cl xe,在 表 格 Se t h el的 区 域 A : l D 0中输 入数据 ,如 图 8所示 。 3
( 1 H ,A :C 9 ” F :A 3 1 2 ) ,并按 <S i > + <Cr > hf t t l + < ne >确认 ,得到矩 阵 A= X,如 图 1 所 Et r X 1 示 ,其 中,函数 MMU T ( 的功 能 是 返 回两 个矩 L )
在工 作 表 S et he 2区域 A :A 9中每 个 单 元 格 1 2 巾输入数值 1 ,并将 一 作表 S et I he l区域 B 2:D 0中 3 原始 数 据 复制 到 S et he2区域 B :D 9中 ,其 中 区 1 2 域 A1 2 :C 9构 成 矩 阵 ,区域 D1 2 :D 9构 成 矩 阵 l , ,如 图 9另外 ,将 区域 A :C 9转 置 复制 到 区域 1 2 F :A 3中 形 成 矩 阵 的 转 置 矩 阵 ,如 图 1 1 H 0
所示 。
阵相乘 的积矩 阵 ,注意 相乘 的两个 矩 阵 的前后 顺序
不能颠倒 ,因为矩阵 的乘法不 满足交换 律 。
选 中 区 域 F :H 3,输 入 公 式 “=MI V — 1 1 I N E R E ( 6:H ) ,并 按 < h >+ <Cr>+ <E — S F 8” Si t f t l n
t >确认 ,这样 就得 到矩 阵 的逆 矩 阵 ~,如 图 e r 1 示 ,其 中 函数 M N E S ( 的 作 用是 返 回 2所 IV R E )
一
选 中 区 域 F :H ,输 入 公 式 “= MMU T 6 8 L
个非 奇异矩 阵的逆矩 阵 。
C ieeJu a 。 el ln 1i n ngm n.Jf ,20 ,X 1 ,N . h s or l f a hlfra ( adMaae e1 【e 0 7 . n n H t l ¨ l. s l 1 o 4 。3
巾国卫生信 、 色管理杂志 20 6月第 4卷第 3期 07
7 3
选 中 区 域 F 6 I ,输 入 公 式 “=M L 1 :F 8 MU T ( I H ,D :D 9 ” F :A 3 1 2 ) ,并按 <Si >+<Cr >+ hf t
t l
< ne >确认 ,得到 阵 B= Y Et r X ,如 图 1 3所示 。
( 1 :H 3 1 :F 8 ” F 1 I ,F 6 1 ) ,得 到 由回归 方 程常数 项 b 。与偏 同归 系 数 b ,b 组 成 的 向量 :b= ( 。 所 b, b ,b ) A ・ = B,具 体如 图 l 4所示 。
选 中 区 域 F 1 2 ,输 入 公 式 “=MM L 1 :F 3 2 UT
墼餐骥鼹爨爨爨翳黧鼹鹱霾爨爨骥醺翳鳃鼹麟 爨螽 l ‘ 两 鞑 .
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巾 r 生 信息 管理 杂 志 20 6月第 4卷 第 3期 玛 07
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图 1 3
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图 1 4
从而 b 0: 一0 5 5 6 I=0 0 5 1 . 6 6 ,6 . 0 0 7,b 2= 0 04 6 ,于 回归 方程是 : . 50 1
Y : 一0 5 6 +0. 05 7 . 6 0 01 Xl+0. 40 X2 05 6
t l)计 算每一 偏 回归 系数 的 t as i 值所 对 应 的概 率值 ,
从 而得 出该 偏 回归 系数是 否具 有显 著 性 的结论 ,其
中 t 是上 面计算而得 的 t ,D g e—f eo 是 就 值 er s r d m e e 自由度 /一m一1 a s 明返 回的分 布 函数 是单 尾 7 , ,t l 指 i 分布 还是 双 尾 分 布 。如 果 t l =1 a s ,函 数 T IT返 i DS
至于多元 回归方 程 的线 性 假设 检 验 ,采用 t 检 验完成 :
首先 计算…误 S 9 差 S =∑ ( , y一】 ) 及回
归误
差s¨ s =∑ ( y , 1 一 ) 从而得到剩余误差 s剩= , s
一
回单尾 分 布 概 率 。如果 tl=2 as ,函数 T IT返 回 i DS
双尾分 布概率 ,一般 采用 双尾分布 概率 。
5 … 简记之 为 s 。 5 s
^
结
束
语
其次计 算统计 量 f —=二二=二i _— = : c , =二
J s ( m 一1  ̄ s/ n— )・ / c
( =1 ) i ,2 ,其 中 C是 A的逆矩 阵
的t 分布 。
有 了现代 的信 息 处理 技 术 ,多 元 回归 不再 是 计
算量惊 人 的 “ 据 魔 阵 ” 数 ,而 成 了一 件 轻 松 愉 快 的
的第 i +1行
第 i 列 的元素 ,该统计 量服从 自由度 为 n—m一1 +1 最后 ,利用 函数 T IT ( ,d g e— f eo D S t er s r d m, e e
事。将 现代信息 处理 技术 与 传统 的统 计理 论 与方 法
结合进 来应用 于 医学 统计 与卫 生统 计 工作 ,将会从 根本上 改变我 们的工作方式 ,极大地提高工作效 率。