Top Banner
Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeń
55

Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Feb 28, 2019

Download

Documents

phamnhu
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Wykład 11

Wydział Matematyki

Regresja liniowa wielorakaEstymacje, testowanie i sprawdzanie założeń

Page 2: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1

The president of a large chain of fast-food restaurants has randomly selected10 franchises and recorded for each franchise the following information on lastyear’s net profit and sales activity.

For these data, there will be one dependent variable (y net profit) and two independent variables (𝑥1 counter sales; 𝑥2 drive-through sales). The form ofthe sample regression equation will be 𝑦 = 𝑏0 + 𝑏1 𝑥1 + 𝑏2 𝑥2.

Page 3: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

The multiple linear regression model

Page 4: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

The multiple linear regression model

The sample regression equation is based on observed values for the dependentand independent variables. I has the form:

Determination of the “best-fit” multiple regression equation is according tothe least-squares criterion, in which the sum of the squared deviations betweenobserved and estimated values of y is minimized.

Page 5: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Assumptions for multiple linear regression

1. Linear relationship between the independent and dependent variables2. All variables are normally distributed3. No multicollinearity – independent variables must not be highly

correlated4. Independence of random errors (residuals)5. Homoscedasticity (homogeneity of variance)6. Normally distributed errors

Page 6: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1

Solution in Excel

Page 7: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1

Solution in Statistica

Page 8: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1

1

2

3

Page 9: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1

1

2

3

4

5

Page 10: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1

Page 11: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1

The scatter diagram for thefast-food data can be visualizedas a room where each of 10 helium-filled balloons is held to the floor by a string. The length of each string is the observed value of y for that data point. Theleast-squares regressionequation (not shown) passesthrough the data and takes the form of atwo-dimensional surface, orplane.

Page 12: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Point Estimation Using the Regression Equation

Point estimates are made by substituting a set of x values into the regression equationand calculating the estimated value of y. For example, if a franchise had sold 𝑥1= $5.0 million over the counter and 𝑥2 = $7.4 million at the drive-through, we would estimate its net profit as $1.05 million:

Page 13: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

The Multiple Standard Error of Estimate

For our example, there are k = 2 independent variables and n = 10 data points. We calculate the error sum of squares

Page 14: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Confidence Interval for the Conditional Mean of y

For the sample of 10fastfood franchises, thesummary results from these calculations areimportant in determiningboth the multiple standard error of estimate and thecoefficients of multiplecorrelation and determination.(Data are in millionsof dollars.)

Page 15: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Confidence Interval for the Conditional Mean of y

Page 16: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Confidence Interval for the Conditional Mean of y

Page 17: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Confidence Interval for the Conditional Mean of y

Solution in Statistica

1

2

4

3

Page 18: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Confidence Interval for the Conditional Mean of y

Solution in Statistica

Page 19: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Prediction Interval for an Individual y Observation

Page 20: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Prediction Interval for an Individual y Observation

Page 21: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Prediction Interval for an Individual y Observation

Page 22: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Prediction Interval for an Individual y Observation

Solution in Statistica

Page 23: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Testing the Partial Regression Coefficients

Page 24: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Testing the Partial Regression Coefficients

Page 25: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Testing the Partial Regression Coefficients

Page 26: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Interval Estimation for the Partial Regression Coefficients

Page 27: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 1 - Interval Estimation for the Partial Regression Coefficients

Page 28: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Checking the assumptions for multiple linear regression

1. Linear relationship between the independent and dependent variables2. All variables are normally distributed3. No multicollinearity – independent variables must not be highly

correlated4. Independence of random errors (residuals)5. Homoscedasticity (homogeneity of variance)6. Normally distributed errors

Page 29: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Checking the assumptions for multiple linear regression

Solution in Statistica

Page 30: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Linear relationship between the independent and dependent variables

1

2

3

Page 31: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Linear relationship between the independent and dependent variables

1

2

3

Page 32: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Linear relationship between the independent and dependent variables

1

2 Checking the linear relationship between Y and X1 – X7

Page 33: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Linear relationship between the independent and dependent variables

1

Page 34: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - All variables are normally distributed

1

2

3

4

Page 35: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - All variables are normally distributed

1

2

3

Page 36: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - All variables are normally distributed

p value of Shapiro-Wilk test

review all graphs

Page 37: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - No multicollinearity

1

2

3

Page 38: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - No multicollinearity

1

2

3

Page 39: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - No multicollinearity

1

Page 40: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Independence of random errors (residuals)Homoscedasticity (homogeneity of variance)Normally distributed errors

1

2

3

45

Page 41: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Independence of random errors (residuals)Homoscedasticity (homogeneity of variance)Normally distributed errors

1

2

3

Page 42: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Independence of random errors (residuals)Homoscedasticity (homogeneity of variance)Normally distributed errors

Page 43: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Independence of random errors (residuals)Homoscedasticity (homogeneity of variance)Normally distributed errors

12

Page 44: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Independence of random errors (residuals)Homoscedasticity (homogeneity of variance)Normally distributed errors

Page 45: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Checking the assumptions for multiple linear regression

Solution in Excel

Page 46: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Linear relationship between the independent and dependent variables

1

2

3

Page 47: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Linear relationship between the independent and dependent variables

1

2

3

Page 48: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - All variables are normally distributed

1

2

34

Page 49: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - All variables are normally distributed

Page 50: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - No multicollinearity

1

2

3

Page 51: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - No multicollinearity

Page 52: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Independence of random errors (residuals)Homoscedasticity (homogeneity of variance)Normally distributed errors

1

2

3

4 5

Page 53: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Independence of random errors (residuals)Homoscedasticity (homogeneity of variance)Normally distributed errors

Page 54: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Independence of random errors (residuals)Homoscedasticity (homogeneity of variance)Normally distributed errors

Page 55: Estymacje, testowanie i sprawdzanie założeńprac.im.pwr.wroc.pl/~legut/listy/PS-11.pdf · Wykład 11 Wydział Matematyki Regresja liniowa wieloraka Estymacje, testowanie i sprawdzanie

Example 2 - Independence of random errors (residuals)Homoscedasticity (homogeneity of variance)Normally distributed errors