最小二乗法とは, データの組 ( x i, y i) (x_i, y_i) が多数与えられたときに, x x と y y の関係を表す もっともらしい関数 y = f ( x) y=f(x) を求める方法です。 この記事では,最も基本的な例(平面における直線フィッティング)を使って,最小二乗法の考え方を解説します。 目次 最小二乗法とは 最小二乗法による直線の式 最小二乗法による直線の計算例 最小二乗法の考え方(直線の式の導出) 面白い性質 最小二乗法の応用 最小二乗法とは 2つセットのデータの組 ( x i, y i) (x_i, y_i) が n n 個与えられた状況を考えています。そして x i x_i と y i y_i に直線的な関係があると推察できるときに,ある意味で最も相応しい直線を引く のが最小二乗法です。 例えば i i 番目の人の数学の点数が x i x_i で物理の点数が y i y_i という設定です。数学の点数が高いほど物理の点数が高そうなので関係がありそうです。直線的な関係を仮定すれば最小二乗法が使えます。 まずは,最小二乗法を適用した結果を述べます。 データ ( x i, y i) (x_i, y_i) が n n 組与えられたときに,もっともらしい直線を以下の式で得ることができます!
偏差の積の概念 (2)標準偏差とは 標準偏差は、以下の式で表されますが、これも同様に面積で考えると、図24のようにX1からX6まで6つの点があり、その平均がXであるとき、各点と平均値との差を1辺とした正方形の面積の合計を、サンプル数で割ったもの(平均面積)が分散で、それをルートしたものが標準偏差(平均の一辺の長さ)になります。 図24. 標準偏差の概念 分散も標準偏差も、平均に近いデータが多ければ小さくなり、遠いデータが多いと大きくなります。すなわち、分散や標準偏差の大きさ=データのばらつきの大きさを表しています。また、分散は全データの値が2倍になれば4倍に、標準偏差は2倍になります。 (3)相関係数の大小はどう決まるか 相関係数は、偏差の積和の平均をXの標準偏差とYの標準偏差の積で割るわけですが、なぜ割らなくてはいけないかについての詳細説明はここでは省きますが、XとYのデータのばらつきを標準化するためと考えていただければよいと思います。おおよその概念を図25に示しました。 図25. データの標準化 相関係数の分子は、偏差の積和という説明をしましたが、偏差には符号があります。従って、偏差の積は右上のゾーン①と左下のゾーン③にある点に関しては、積和がプラスになりますが、左上のゾーン②と右下のゾーン④では、積和がマイナスになります。 図26. 相関係数の概念 相関係数が大きいというのは①と③のゾーンにたくさんの点があり、②と④のゾーンにはあまり点がないことです。なぜなら、①と③のゾーンは、偏差の積和(青い線で囲まれた四角形の面積)がプラスになり、この面積の合計が大きいほど相関係数は大きく、一方、②と④のゾーンにおける偏差の積和(赤い線で囲まれた四角形の面積)は、引き算されるので合計面積が小さいほど、相関係数は高くなるわけです。 様々な相関関係 図27と図28は、回帰直線は同じですが、当てはまりの度合いが違うので、相関係数が異なります。相関の高さが高ければ、予測の精度が上がるわけで、どの程度の精度で予測が合っているか(予測誤差)は、分散分析で検定できます。ただし、一般に標本誤差は標本の標準偏差を標本数のルートで割るため、同じような形の分布をしていても標本数が多ければ誤差は少なくなってしまい、実務上はあまり用いません。 図27. 当てはまりがよくない例 図28. 一般式による最小二乗法（円の最小二乗法） | イメージングソリューション. 当てはまりがよい例 図29のように、②と④のゾーンの点が多く(偏差の積がマイナス)、①と③に少ない時には、相関係数はマイナスになります。また図30のように、①と③の偏差の和と②と④の偏差の和の絶対値が等しくなるときで、各ゾーンにまんべんなく点があるときは無相関(相関がゼロ)ということになります。 図29.
概要 前回書いた LU分解の記事 を用いて、今回は「最小二乗平面」を求めるプログラムについて書きたいと思います。 前回の記事で書いた通り、現在作っているVRコンテンツで利用するためのものです。 今回はこちらの記事( 最小二乗平面の求め方 - エスオーエル )を参考にしました。 最小二乗平面とは?
例3が好きです。 Tag: 数学的モデリングまとめ (回帰分析)
5 21. 3 125. 5 22. 0 128. 1 26. 9 132. 0 32. 3 141. 0 33. 1 145. 2 38. 2 この関係をグラフに表示すると、以下のようになります。 さて、このデータの回帰直線の式を求めましょう。 では、解いていきましょう。 今の場合、身長が\(x\)、体重が\(y\)です。 回帰直線は\(y=ax+b\)で表せるので、この係数\(a\)と\(b\)を公式を使って求めるだけです。 まずは、簡単な係数\(b\)からです。係数\(b\)は、以下の式で求めることができます。 必要なのは身長と体重の平均値である\(\overline{x}\)と\(\overline{y}\)です。 これは、データの表からすぐに分かります。 (平均)131. 4 (平均)29. 0 ですね。よって、 \overline{x} = 131. 4 \\ \overline{y} = 29. 0 を\(b\)の式に代入して、 b & = \overline{y} – a \overline{x} \\ & = 29. 0 – 131. 4a 次に係数\(a\)です。求める式は、 a & = \frac{\sum_{i=1}^n \left\{ (x_i-\overline{x})(y_i-\overline{y}) \right\}}{\sum_{i=1}^n \left( x_i – \overline{x} \right)^2} 必要なのは、各データの平均値からの差(\(x_i-\overline{x}, y_i-\overline{y}\))であることが分かります。 これも表から求めることができ、 身長(\(x_i\)) \(x_i-\overline{x}\) 体重(\(y_i\)) \(y_i-\overline{y}\) -14. 88 -7. 67 -5. 88 -6. 97 -3. 28 -2. 07 0. 62 3. 単回帰分析とは | データ分析基礎知識. 33 9. 62 4. 13 13. 82 9. 23 (平均)131. 4=\(\overline{x}\) (平均)29. 0=\(\overline{y}\) さらに、\(a\)の式を見ると必要なのはこれら(\(x_i-\overline{x}, y_i-\overline{y}\))を掛けて足したもの、 $$\sum_{i=1}^n \left\{ (x_i-\overline{x})(y_i-\overline{y}) \right\}$$ と\(x_i-\overline{x}\)を二乗した後に足したもの、 $$\sum_{i=1}^n \left( x_i – \overline{x} \right)^2$$ これらを求めた表を以下に示します。 \((x_i-\overline{x})(y_i-\overline{y})\) \(\left( x_i – \overline{x} \right)^2\) 114.
回帰直線と相関係数 ※グラフ中のR は決定係数といいますが、相関係数Rの2乗です。寄与率と呼ばれることもあり、説明変数(身長)が目的変数(体重)のどれくらいを説明しているかを表しています。相関係数を算出する場合、決定係数の平方根(ルート)の値を計算し、直線の傾きがプラスなら正、マイナスなら負になります。 これは、エクセルで比較的簡単にできますので、その手順を説明します。まず2変量データをドラッグしてグラフウィザードから散布図を選びます。 図20. 散布図の選択 できあがったグラフのデザインを決め、任意の点を右クリックすると図21の画面が出てきますのでここでオプションのタブを選びます。(線形以外の近似曲線を描くことも可能です) 図21. 線型近似直線の追加 図22のように2ヶ所にチェックを入れてOKすれば、図19のようなグラフが完成します。 図22. 数式とR-2乗値の表示 相関係数は、R-2乗値のルートでも算出できますが、correl関数を用いたり、分析ツールを用いたりしても簡単に出力することもできます。参考までに、その他の値を算出するエクセルの関数も併せて挙げておきます。 相関係数 correl (Yのデータ範囲, Xのデータ範囲) 傾き slope (Yのデータ範囲, Xのデータ範囲) 切片 intercept (Yのデータ範囲, Xのデータ範囲) 決定係数 rsq (Yのデータ範囲, Xのデータ範囲) 相関係数とは 次に、相関係数がどのように計算されるかを示します。ここからは少し数学的になりますが、多くの人がこのあたりでめげることが多いので、極力わかりやすく説明したいと思います。「XとYの共分散(偏差の積和の平均)」を「XとYの標準偏差(分散のルート)」で割ったものが相関係数で、以下の式で表されます。 (1)XとYの共分散(偏差の積和の平均)とは 「XとYの共分散(偏差の積和の平均)」という概念がわかりづらいと思うので、説明をしておきます。 先ほども使用した以下の15個のデータにおいて、X,Yの平均は、それぞれ5. 73、5. 33となります。1番目のデータs1は(10,10)ですが、「偏差」とはこのデータと平均との差のことを指しますので、それぞれ(10−5. 73, 10ー5. 33)=(4. 27, 4. 67)となります。グラフで示せば、RS、STの長さということになります。 「偏差の積」というのは、データと平均の差をかけ算したもの、すなわちRS×STですので、四角形RSTUの面積になります。(後で述べますが、正確にはマイナスの値も取るので面積ではありません)。「偏差の積和」というのは、四角形の面積の合計という意味ですので、15個すべての点についての面積を合計したものになります。偏差値の式の真ん中の項の分子はnで割っていますので、これが「XとYの共分散(偏差の積和の平均)」になります。 図23.
以前書いた下記ネタの続きです この時は、 C# から Excel を起動→LINEST関数を呼んで計算する方法でしたが、 今回は Excel を使わずに、 C# 内でR2を計算する方法を検討してみました。 再び、R 2 とは? 今回は下記サイトを参考にして検討しました。 要は、①回帰式を求める → ②回帰式を使って予測値を計算 → ③残差変動(実測値と予測値の差)を計算 という流れになります。 残差変動の二乗和を、全変動(実測値と平均との差)の二乗和で割り、 それを1から引いたものを決定係数R 2 としています。 は回帰式より求めた予測値、 は実測値の平均値、 予測値が実測値に近くなるほどR 2 は1に近づく、という訳です。 以前のネタで決定係数には何種類か定義が有り、 Excel がどの方法か判らないと書きましたが、上式が最も一般的な定義らしいです。 回帰式を求める 次は先ほどの①、回帰式の計算です、今回は下記サイトの計算式を使いました。 最小2乗法 y=ax+b(直線)の場合、およびy=ax2+bx+c(2次曲線)の場合の計算式を使います。 正直、詳しい仕組みは理解出来ていませんが、 Excel の線形近似/ 多項式 近似でも、 最小二乗法を使っているそうなので、それなりに近い式が得られることを期待。 ここで得た式(→回帰式)が、より近似出来ているほど予測値は実測値に近づき、 結果として決定係数R 2 も1に近づくので、実はここが一番のポイント! C# でプログラム というわけで、あとはプログラムするだけです、サンプルソフトを作成しました、 画面のXとYにデータを貼り付けて、"X/Yデータ取得"ボタンを押すと計算します。 以前のネタと同じ簡単なデータで試してみます、まずは線形近似の場合 近似式 で、aは9. 6、bが1、R 2 は0. 9944となり、 Excel のLINEST関数と全く同じ結果が得られました! 次に 多項式 近似(二次)の場合 近似式 で、aは-0. 1429、bは10. 457、cは0、 R 2 は0. 9947となり、こちらもほぼ同じ結果が得られました。 Excel でcは9E-14(ほぼ0)になってますが、計算誤差っぽいですね。 ソースファイルは下記参照 決定係数R2計算 まとめ 最小二乗法を使って回帰式を求めることで、 Excel で求めていたのと同じ結果を 得られそうなことが判りました、 Excel が無い環境でも計算出来るので便利。 Excel のLINEST関数等は、今回と同じような計算を内部でやっているんでしょうね。 余談ですが今回もインターネットの便利さを痛感、色々有用な情報が開示されてて、 本当に助かりました、参考にさせて頂いたサイトの皆さんに感謝致します!
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~』の独占配信が決定し、オリジナルトレーラーが公開。無茶で無謀な旅に抱腹絶倒間違いなし!この夏、笑いで元気をくれる最高のシー... 2021-07-27 NETFLIXで配信中の海外ドラマのうち、おすすめタイトルをランキング形式でご紹介します。ストーリーや見どころなども簡単にご紹介しているので、ぜひ参考にしてください! *2021/7/27更新 Huluで配信中の海外ドラマのうち、おすすめタイトルをランキング形式でご紹介します。あらすじや見どころ、評価なども簡単にご紹介しているので、ぜひ参考にしてください! ダウン トン アビー シーズンドロ. ※2021年7月27日更新しました。 U-NEXTで配信中の海外ドラマのなかから、これは見逃せないというおすすめのファンタジーものドラマをランキング形式でご紹介いたします。想像もできない別世界に連れて行ってくれるファンタジードラマ。このランキングを参考に是非鑑賞してみてください! ※2021年7月現在の情報... 大ヒットドラマ『ダウントン・アビー』では、伯爵夫人を演じ、映画『ハリー・ポッター』シリーズのマクゴナガル先生としても有名な英国女優マギー・スミス。若き日のお写真とともに華麗な経歴をご紹介します。【最新画像あり】 AXNミステリーは、ソニー・ピクチャーズ エンタテインメントがお届けする日本唯一のミステリー専門チャンネルです。 英国ドラマを中心に、不朽の名作から最新の話題作まで、世界各国の上質なミステリードラマを24時間放送中!
"的な空気がばんばん流れているのです。 そのシーンが、当時の階級社会の実情というものを上手に如実にあらわしていました。 もうひとつの見所は、邸宅の下の階でうごめく使用人たちの人生模様ですが、シーズン1では 仕事のポジションをめぐって汚い嫌がらせが始まります。 ドラマには必ずいやーな人物、いじめっ子が必要になってきますが、シーズン1では伯爵夫人コーラの侍女オブライアンと第一下僕のトムですね~。いじめられっ子はベイツ。ベイツが戦争で痛めた足の後遺症に悩まされているところなども更に弱いものいじめ的な構造を作っていて、私なんか本気でトムとオブライアン嫌い!とか思ってしまいました。(^^;; そんな彼らを巻き込んで"ダウントン・アビー"ではさまざまな事件が繰り広げられ、毎話はらはら・ドキドキで第1話から第7話まで一気にみたくなってしまうこと間違いなしです! メアリーはマシューと結婚するのかしないのか? 使用人トムのベイツに対する画策は成功するのか? ダウン トン アビー シーズン 1.2. などに注目してくださいね! その他の見所ポイント ファッション そして、何と言っても女性の視聴者は、 クローリー家の女性たちが着るゴージャスな衣装に釘付け になることかと思います。 特に3女シビルが着ているブルーのドレスの美しいこと!でも、このシーンでは、このドレスは少し最先端を行き過ぎているスタイルだ、としてみんなから批判をかいます。さすがファッションでも政治でも先を見るシビルというシーンに注目して下さいね。 出演者の(使用人の衣装は黒か白ですので、まー、特に貴族たちのですが、、、)ドレス・帽子・アクセサリー、どれをとっても 繊細で美しい のです。また、 伯爵夫人の妻コーラや伯爵の母親バイオレットの年代が着る衣装と若い3人娘が着る衣装を比較してみたりしても面白い ですよ~。 という感じで、 お話はもちろん、衣装やセットなども見所満載の『ダウントン・アビー』 です~! 海外ドラマ『ダウントン・アビー』シーズン1は、U-NEXTで 配信中。 (2021年1月現在)