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. 最小二乗法による直線近似ツール - 電電高専生日記. 当てはまりがよくない例 図28. 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.
11 221. 51 40. 99 34. 61 6. 79 10. 78 2. 06 0. 38 39. 75 92. 48 127. 57 190. 90 \(\sum_{i=1}^n \left\{ (x_i-\overline{x})(y_i-\overline{y}) \right\}=331. 27\) \(\sum_{i=1}^n \left( x_i – \overline{x} \right)^2=550. 67\) よって、\(a\)は、 & = \frac{331. 27}{550. 67} = 0. 601554 となり、\(a\)を\(b\)の式にも代入すると、 & = 29. 4a \\ & = 29. 4 \times 0. 601554 \\ & = -50. Excel無しでR2を計算してみる - mengineer's blog. 0675 よって、回帰直線\(y=ax+b\)は、 $$y = 0. 601554x -50. 0675$$ と求まります。 最後にこの直線をグラフ上に描いてみましょう。 すると、 このような青の点線のようになります。 これが、最小二乗法により誤差の合計を最小とした場合の直線です。 お疲れさまでした。 ここでの例題を解いた方法で、色々なデータに対して回帰直線を求めてみましょう。 実際に使うことで、さらに理解が深まるでしょう。 まとめ 最小二乗法とはデータとそれを表現する直線(回帰直線)の誤差を最小にするように直線の係数を決める方法 最小二乗法の式の導出は少し面倒だが、難しいことはやっていないので、分からない場合は読み返そう※分かりにくいところは質問してね! 例題をたくさん解いて、自分のものにしよう
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!
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.
画像は「 YouTube 」より 17日、日本人宇宙飛行士・野口聡一さんらを乗せた米スペースXの新型宇宙線「クルードラゴン」が、国際宇宙ステーション(ISS)へのドッキングに成功した。そして、当然とも言うべきか、クルードラゴンの打ち上げにUFO※が立ち会っていた可能性が浮上した。 ※UFO(未確認飛行物体)とは、正体不明の飛行物体のこと。特に「宇宙人の乗り物」という意味で使われることが多い。 英紙「Daily Star」(11月17日付)によると、米フロリダ州での打ち上げに参加し、映像を撮影していた女性が、クルードラゴン付近に奇妙な発光体があることに気付き、ユーチューブチャンネル「MrMBB333」に映像を提供したという。 問題の映像を観てみると、たしかにクルードラゴンの左隣に点滅する光が映っている。一体これは何なのか? 日本を代表するUFO研究家・竹本良氏に聞いた。 ――この発光物体は何なのでしょうか? 竹本 UFOと見て間違いないでしょう。アポロ計画をはじめ、宇宙人は人類の宇宙開発を警戒しています。宇宙飛行士の多くはUFOについて語りたがりませんが、実は頻繁に遭遇しているのです。彼らが語らないのは口止めされているからです。 ――口止めですか? 竹本 そうです。以前、宇宙飛行士の大西拓哉さんがISSに滞在していた時に日本と中継するイベントが開かれことがあります。この時、先日引退を表明したプロサッカー選手の中村健剛さんがUFOについて大西さんに質問したんです。そしたら、大西さんは答えをはぐらかすことなく正直に答えてしまったんですね。彼は「UFOはもし見ても言うなと言われている」と言ったんですよ。その時の映像は今でも観られます。 中村選手の質問に答える大西宇宙飛行士。映像は「 YouTube 」より ――これは驚きです! 宇宙飛行士 野口さん 東京上空. 本当に言っていますね! 竹本 このイベントの後、ISSクルーを地上から支援するJAXAのCAPCOM(通信担当)の方に質問できる機会があったので、大西さんの回答について聞いてみたんですね。この方は大西さんにも近い方でしたが、私の質問にははっきり答えませんでした。上司に聞く必要があるとかなんとか。しかし、その後CAPCOMの方のパートナーがこっそり教えてくれたんですよ。「私も同じ質問をしたことがありますが、彼は宇宙飛行士に『UFOを見てもスルーしろ』と言っているそうです」と、その方は言っていました。大西さんは真っ正直に答えていたんですね。これが宇宙飛行士がUFOについて語りたがらない理由です。
野口聡一さんが昔から変わることなく抱き続けている夢や野心は、今の世の中の子供たちにも良い影響を与えているし、夢を持つきっかけになると思います(*^_^*) いくつになっても「楽しい」と思えることに忠実に生きることは大切ですよね♪ これからも夢を追い続け、叶え続けてほしいですね! 野口聡一に結婚した嫁(妻)や子供はいる?家族構成が気になる!【宇宙飛行士】 についてまとめてみました。 最後まで読んで頂き、ありがとうございました。