主要内容

用广义线性模型拟合数据

这个例子展示了如何使用glmfitglmval.普通线性回归可以用来拟合直线,或任何函数的参数是线性的,以数据正态分布的误差。这是最常用的回归模型;然而,这并不总是现实的。广义线性模型从两方面扩展了线性模型。首先,通过引入连杆函数,放宽了参数线性的假设。第二,可以对除正态分布以外的误差分布进行建模

广义线性模型

回归模型用一个或多个预测变量(通常表示为x1, x2等)定义响应变量(通常表示为y)的分布。最常用的回归模型,普通线性回归,模型y作为一个正态随机变量,其均值是预测器的线性函数,b0 + b1*x1 +…,其方差是常数。在单个预测器x的最简单情况下,模型可以表示为每一点的高斯分布直线。

Mu = @(x) -1.9+.23*x;x = 5: .1:15;yhat =μ(x);dy = -3.5: .1:3.5;深圳=大小(dy);k =(长度(dy) + 1) / 2;x1 = 7 * 1(深圳);日元=μ(x1) + dy;z1 = normpdf(μ(x1)、日元1);x2 = 10 * 1(深圳); y2 = mu(x2)+dy; z2 = normpdf(y2,mu(x2),1); x3 = 13*ones(sz); y3 = mu(x3)+dy; z3 = normpdf(y3,mu(x3),1); plot3(x,yhat,zeros(size(x)),“b -”...(x1, y1, z1,的r -, x1([k k]),y1([k k]),[0 z1(k)],“:”...x2, y2、z2的r -, x2([k k]),y2([k k]),[0 z2(k)],“:”...x3, y3、z3、的r -, x3([k k]),y3([k k]),[0 z3(k)],“:”);zlim ([0 1]);包含(“X”);ylabel (“Y”);zlabel (的概率密度);网格;视图(45 [-45]);

在广义线性模型中,响应的均值被建模为预测器g(b0 + b1*x1 +…)的线性函数的单调非线性变换。变换g的逆称为“连杆”函数。示例包括logit (sigmoid)链接和log链接。y也可以是非正态分布,如二项分布或泊松分布。例如,具有对数链接和单个预测器x的泊松回归可以表示为每一点具有泊松分布的指数曲线。

Mu = @(x) exp(-1.9+.23*x);x = 5: .1:15;yhat =μ(x);x1 = 7 * 1(1、5);日元= 0:4;z1 = poisspdf(μ(x1)日元);x2 = 10 * 1 (7);y2 = 0:6;z2 = poisspdf (y2,μ(x2));x3 = 13 * 1 (9); y3 = 0:8; z3 = poisspdf(y3,mu(x3)); plot3(x,yhat,zeros(size(x)),“b -”...[x1;x1],[日元;y1]、[z1;0(大小(y1))),的r -(x1, y1, z1,“r”。...[x2;x2]、[y2;y2]、[z2;0(大小(y2))),的r -x2, y2, z2,“r”。...[x3;x3]、[y3;y3]、[z3;0(大小(y3))),的r -z3、x3 y3,“r”。);zlim ([0 1]);包含(“X”);ylabel (“Y”);zlabel (“概率”);网格;视图(45 [-45]);

拟合Logistic回归

这个例子涉及一个实验,以帮助模拟各种重量的汽车的比例,未能通过里程测试。这些数据包括对重量、测试车辆数量和失败车辆数量的观察。

一套汽车重量重量= [2100 2300 2500 2700 2900 3100 3300 3500 3700 3900 4100 4300]';每一重量测试的汽车数量已测试= [48 42 31 34 31 21 23 23 21 16 17 21]';每一重量未通过测试的汽车数量Failed = [1 2 0 3 8 8 14 17 19 15 17 21]';每一重量所对应的汽车失败的比例比例=失败/测试;情节(重量、比例、“年代”)包含(“重量”);ylabel (“比例”);

这张图是失败汽车的比例,作为重量的函数。可以合理地假设失效计数来自二项分布,概率参数P随着权重的增加而增加。但是P是如何依赖于重量的呢?

我们可以试着用一条直线来拟合这些数据。

linearCoef = polyfit(重量比例1);linearFit = polyval (linearCoef、重量);情节(重量、比例、“年代”、重量、linearFit的r -,[2000 4500],[0 0],凯西:”,[2000 4500],[1 1],凯西:”)包含(“重量”);ylabel (“比例”);

这种线性拟合存在两个问题:

1)该线预测小于0和大于1的比例。

2)比例不是正态分布,因为它们必然有界。这违背了拟合简单线性回归模型所需的假设之一。

使用高阶多项式可能会有帮助。

[cubicCoef,统计,ctr] = polyfit(重量、比例、3);cubicFit = polyval (cubicCoef、重量、[],ctr);情节(重量、比例、“年代”、重量、cubicFit的r -,[2000 4500],[0 0],凯西:”,[2000 4500],[1 1],凯西:”)包含(“重量”);ylabel (“比例”);

然而,这种契合仍然存在类似的问题。由图可知,当权重大于4000时,拟合比例开始减小;事实上,当权重值较大时,它将变为负值。当然,正态分布的假设仍然被违背了。

相反,更好的方法是使用glmfit拟合逻辑回归模型。逻辑回归是广义线性模型的一种特殊情况,对于这些数据,逻辑回归比线性回归更合适,原因有二。首先,它使用了适合二项分布的拟合方法。其次,物流环节将预测比例限制在[0,1]范围内。

对于逻辑回归,我们指定预测器矩阵,和一个矩阵,其中一列包含失败计数,一列包含测试数。我们还指定了二项分布和logit链接。

[logitCoef,dev] = glmfit(weight,[failed tested],“二”分对数的);logitFit = glmval (logitCoef、重量、分对数的);情节(重量、比例、“废话”、重量、logitFit的r -);包含(“重量”);ylabel (“比例”);

如图所示,当权重变小或变大时,拟合的比例渐近线为0和1。

模型诊断

glmfit函数提供了一些输出,用于检查模型的适用性和测试模型。例如,我们可以比较两个模型的偏差值,以确定平方项是否会显著改善拟合。

[logitCoef2,dev2] = glmfit([weight权重。^ 2],(未测试)“二”分对数的);Pval = 1 - chi2cdf(dev-dev2,1)
pval = 0.4019

较大的p值表明,对于这些数据,二次项并不能显著改善拟合。两种拟合的图显示,两者的拟合差别不大。

logitCoef2 = glmval(logitCoef2,[weight weight.^2],分对数的);情节(重量、比例、“废话”、重量、logitFit的r -、重量、logitFit2“g -”);传奇(“数据”“线性条件”线性和二次项“位置”“西北”);

为了检验拟合的好坏,我们还可以看皮尔逊残差的概率图。这些都是标准化的,当模型与数据合理匹配时,它们有一个大致的标准正态分布。(如果没有这个标准化,残差就会有不同的方差。)

[logitCoef,dev,stats] = glmfit(weight,[failed tested],“二”分对数的);normplot (stats.residp);

残差图与正态分布很好地吻合。

评估模型预测

一旦我们对模型感到满意,我们就可以用它来进行预测,包括计算置信范围。在这里,我们预测了在100辆被测试的汽车中,在四种重量下每一种都无法通过里程测试的预期数量。

weightPred = 2500:500:4000;[failedPred dlo,济]= glmval (logitCoef weightPred,分对数的统计,.95,100);dlo errorbar (weightPred failedPred,济,':');

二项模型的链接函数

对于这五个分布中的每一个glmfit万博1manbetx支持,有一个规范的(默认的)链接函数。对于二项分布,规范的连接是logit。然而,对于二项模型来说,还有其他三个联系是合理的。所有四个都保持在区间[0,1]内的平均响应。

η= 5:.1:5;Plot (eta,1 ./ (1 + exp(-eta))“- - -”埃塔,normcdf (eta),“- - -”...η1 - exp (exp (eta)),“- - -”埃塔,exp (exp (eta)),“- - -”);包含(“预测器的线性函数”);ylabel (“预测平均响应”);传奇(分对数的“probit”互补的双对数的“对数”“位置”“东”);

例如,我们可以将probit链接的匹配与logit链接的匹配进行比较。

probitCoef = glmfit(重量,[测试失败],“二”“probit”);probitFit = glmval (probitCoef、重量、“probit”);情节(重量、比例、“废话”、重量、logitFit的r -、重量、probitFit“g -”);传奇(“数据”“Logit模型”“Probit模型”“位置”“西北”);

数据通常很难区分这四种链接功能,通常是在理论基础上做出选择。