Тема: КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ И РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ В EXCEL

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПАРНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ В ПРОГРАММЕ EXCEL

Корреляционная связь - это неполная, вероятностная зависимость между показателями, которая проявляется только в массе наблюдений.

Парная корреляция - это связь между двумя показателями, один из которых является факторным, а другой - результативным.

Множественная корреляция возникает от взаимодействия нескольких факторов с результативным показателем.

Необходимые условия применения корреляционного анализа:

1. Наличие достаточно большого количества наблюдений о величине исследуемых факторных и результативных показателей.

2. Исследуемые факторы должны иметь количественное измерение и отражение в тех или иных источниках информации.

Применение корреляционного анализа позволяет решить следующие задачи:

1.Определить изменение результативного показателя под воздействием одного или нескольких факторов.

2. Установить относительную степень зависимости результативного показателя от каждого фактора.

Задание 1.

Имеются данные по 20 сельскохозяйственным хозяйствам. Найти коэффициент корреляции между величинами урожайности зерновых культур и качеством земли и оценить его значимость. Данные приведены в таблице.

Таблица. Зависимость урожайности зерновых культур от качества земли

Номер хозяйства

Качество земли, балл х

Урожайность, ц/га у

    Для нахождения коэффициента корреляции использовать функцию КОРРЕЛ .

    Значимость коэффициента корреляции проверяется по критерию Стьюдента .

Для рассматриваемого примера r=0,99, n=18.

Для нахождения квантиля распределения Стьюдента используется функция СТЬЮДРАСПОБР со следующими аргументам: Вероятность –0,05, Степени свободы –18.

Сравнив значение t-статистики с квантилем распределения Стьюдента сделать выводы о значимости коэффициента парной корреляции. Если расчетное значение t-статистики больше квантиля распределения Стьюдента, то величина коэффициента корреляции является значимой.

ПОСТРОЕНИЕ РЕГРЕССИОННОЙ МОДЕЛИ СВЯЗИ МЕЖДУ ДВУМЯ ВЕЛИЧИНАМИ

Задание 2 .

По данным задания 1:

1) построить уравнение регрессии (линейную модель), которое характеризует прямолинейную зависимость между качеством земли и урожайностью;

2). выполнить проверку адекватности полученной модели.

1 - ый способ.

1. На листе Excel выделить массив свободных ячеек из пяти строк и двух столбцов.

2. Вызвать функцию ЛИНЕЙН .

3.Указать для функции следующие аргументы: Изв_знач_ y Урожайность, ц/га; Изв_знач_ x - столбец значений показателя Качество земли, балл ; Константа –1, Стат– 1 (позволяет вычислить показатели, используемые для проверки адекватности модели. Если Стат– 0, то такие показатели вычисляться не будут.

4. Нажать комбинацию клавиш Ctrl - Shift - Enter .

В выделенные ячейки выводятся коэффициенты модели, а также показатели, позволяющие проверить модель на адекватность (таблица 2).

Таблица 2

a 1

a 0

S e1

S e0

R 2

S e

Q R

Q e

a 1 , a 0 – коэффициенты модели;

S e 1 S e 0 – стандартные ошибки коэффициентов. Чем точнее модель, тем меньше эти величины.

R 2 – коэффициент детерминации. Чем он больше, тем точнее модель.

F – статистика для проверки значимости модели.

n - k -1 – число степеней свободы (n-объем выборки, k- количество входных переменных; в данном примере n=20, к=1)

Q R – сумма квадратов, обусловленная регрессией;

Q e – сумма квадратов ошибок.

5. Для проверки адекватности модели найти квантиль распределения Фишера F f . с помощью функции F РАСПОБР . Для этого в любой свободной ячейке ввести функцию F РАСПОБР со следующими аргументами: Вероятность – 0,05, Степени_свободы _1–1, Степени_свободы _2–18. Если F> F f , то модель адекватна исходным данным

6. Проверить адекватность построенной модели, используя расчетный уровень значимости (P). Ввести функцию F РАСП со следующими аргументами: X – значение статистики F , Степени_свободы_1 –1, Степени_свободы_2 – 18. Если расчетный уровень значимости P<α =0,05, то модель адекватна исходным данным.

2 –й способ.

Определение коэффициентов модели с получением показателей для проверки ее адекватности и значимости коэффициентов.

    Выбрать команду Сервис/Анализ данных/Регрессия . В диалоговом окне установить: Входной интервал Y – значения показателя Урожайность, ц/га, Входной интервал X – значения показателя Качество земли, балл .

    Установить флажок Метки . В области Параметры вывода выбрать переключатель Выходной интервал и указать ячейку, с которой будет начинаться вывод результатов. Для получения результатов нажать кнопку ОК.

Интерпретация результатов.

Искомые коэффициенты модели находятся в столбце Коэффициенты :

Для данного примера уравнение модели имеет вид:

Y=2,53+0,5X

В данном примере с увеличением качества почвы на один балл, урожайность зерновых культур повышается в среднем на 0,5 ц/га.

Проверка адекватности модели выполняется по расчетному уровню значимости P, указанному в столбце Значимость F . Если расчетный уровень значимости меньше заданного уровня значимости α =0,05, то модель адекватна.

Проверка статистической значимости коэффициентов модели выполняется по расчетным уровням значимости P, указанным в столбце P -значение . Если расчетный уровень значимости меньше заданного уровня значимости α =0,05, то соответствующий коэффициент модели статистически значим.

Множественный R – коэффициент корреляции . Чем ближе его величина к 1, тем более тесная связь между изучаемыми показателями. Для данного примера R= 0,99. Это позволяет сделать вывод, что качество земли – один из основных факторов, от которого зависит урожайность зерновых культур.

R -квадрат – коэффициент детерминации . Он получается возведением в квадрат коэффициента корреляции – R 2 =0,98. Он показывает, что урожайность зерновых культур на 98% зависит от качества почвы, а на долю других факторов приходится 0,02%.

3-ий способ . ГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ.

Самостоятельно построить точечную диаграмму, отражающую связь между урожайностью и качеством земли.

Получить линейную модель зависимости урожайности зерновых культур от качества земли.

Известна тем, что она полезна в разных областях деятельности, включая и такую дисциплину, как эконометрика, где в работе используется данная программная утилита. В основном все действия практических и лабораторных занятий выполняют в Excel, которая существенно облегчает работу, давая подробные объяснения тех или иных действий. Так, один из инструментов анализа «Регрессия» применяется с целью подбора графика для набора наблюдений за счет метода наименьших квадратов. Рассмотрим, что представляет собой данный инструмент программы и в чем заключается его польза для пользователей. Ниже также предоставлена краткая, но понятная инструкция построения регрессионной модели.

Основные задачи и виды регрессии

Регрессия представляет собой зависимость между заданными переменными, за счет чего можно определить прогноз будущего поведения данных переменных. Переменные — это различные периодические явления, включая и поведение человека. Такой анализ программы Excel применяется для того, чтобы проанализировать воздействие на конкретную зависимую переменную значений одной или некоторым количеством переменных. К примеру, на продажи в магазине влияет несколько факторов, включая ассортимент, цены и место локализации магазина. Благодаря регрессии в Excel можно определять степень влияния каждого из указанных факторов по результатам имеющихся продаж, а после применить полученные данные для прогнозирования продаж на другой месяц или для другого магазина, расположенного рядом.

Обычно регрессия представлена в виде простого уравнения, раскрывающего зависимости и силу связи между двумя группами переменных, где одна группа является зависимой или эндогенной, а другая — независимой или экзогенной. При наличии группы взаимосвязанных показателей зависимая переменная Y определяется исходя из логики рассуждений, а остальные выступают в роли независимых Х-переменных.

Основные задачи построения регрессионной модели заключаются в следующем:

  1. Отбор значимых независимых переменных (Х1, Х2, …, Xk).
  2. Выбор вида функции.
  3. Построение оценок для коэффициентов.
  4. Построение доверительных интервалов и функции регрессии.
  5. Проверка значимости вычисленных оценок и построенного уравнения регрессии.

Регрессионный анализ бывает нескольких видов:

  • парный (1 зависимая и 1 независимая переменные);
  • множественный (несколько независимых переменных).

Уравнения регрессии бывает двух видов:

  1. Линейные, иллюстрирующие строгую линейную связь между переменными.
  2. Нелинейные — уравнения, которые могут включать степени, дроби и тригонометрические функции.

Инструкция построения модели

Чтобы выполнить заданное построение в Excel, необходимо следовать указаниям:


Для дальнейшего вычисления следует использоваться функцию «Линейн ()», указывая Значения Y, Значения Х, Конст и статистику. После этого определите множество точек на линии регрессии с помощью функции «Тенденция» — Значения Y, Значения Х, Новые значения, Конст. При помощи заданных параметров вычислите неизвестное значение коэффициентов, опираясь на заданные условия поставленной задачи.

КОРРЕЛЯЦИОННО-РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ В MS EXCEL

1. Создайте файл исходных данных в MS Excel (например, таблица 2)

2. Построение корреляционного поля

Для построения корреляционного поля в командной строке выбираем меню Вставка/ Диаграмма . В появившемся диалоговом окне выберите тип диаграммы: Точечная ; вид: Точечная диаграмма , позволяющая сравнить пары значений (Рис. 22).

Рисунок 22 – Выбор типа диаграммы


Рисунок 23– Вид окна при выборе диапазона и рядов
Рисунок 25 – Вид окна, шаг 4

2. В контекстном меню выбираем команду Добавить линию тренда.

3. В появившемся диалоговом окне выбираем тип графика (в нашем примере линейная) и параметры уравнения, как показано на рисунке 26.


Нажимаем ОК. Результат представлен на рисунке 27.

Рисунок 27 – Корреляционное поле зависимости производительности труда от фондовооруженности

Аналогично строим корреляционное поле зависимости производительности труда от коэффициента сменности оборудования. (рисунок 28).


Рисунок 28 – Корреляционное поле зависимости производительности труда

от коэффициента сменности оборудования

3. Построение корреляционной матрицы.

Для построения корреляционной матрицы в меню Сервис выбираем Анализ данных.

С помощью инструмента анализа данных Регрессия , помимо результатов регрессионной статистики, дисперсионного анализа и доверительных интервалов, можно получить остатки и графики подбора линии регрессии, остатков и нормальной вероятности. Для этого необходимо проверить доступ к пакету анализа. В главном меню последовательно выберите Сервис/ Надстройки . Установите флажок Пакет анализа (Рисунок 29)


Рисунок 30 – Диалоговое окно Анализ данных

После нажатия ОК в появившемся диалоговом окне указываем входной интервал (в нашем примере А2:D26), группирование (в нашем случае по столбцам) и параметры вывода, как показано на рисунке 31.


Рисунок 31 – Диалоговое окно Корреляция

Результат расчетов представлен в таблице 4.

Таблица 4 – Корреляционная матрица

Столбец 1

Столбец 2

Столбец 3

Столбец 1

Столбец 2

Столбец 3

ОДНОФАКТОРНЫЙ РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНСТРУМЕНТА РЕГРЕССИИ

Для проведения регрессионного анализа зависимости производительности труда от фондовооруженности в меню Сервис выбираем Анализ данных и указываем инструмент анализа Регрессия (Рисунок 32).


Рисунок 33 – Диалоговое окно Регрессия

Метод линейной регрессии позволяет нам описывать прямую линию, максимально соответствующую ряду упорядоченных пар (x, y). Уравнение для прямой линии, известное как линейное уравнение, представлено ниже:

ŷ — ожидаемое значение у при заданном значении х,

x — независимая переменная,

a — отрезок на оси y для прямой линии,

b — наклон прямой линии.

На рисунке ниже это понятие представлено графически:

На рисунке выше показана линия, описанная уравнением ŷ =2+0.5х. Отрезок на оси у — это точка пересечения линией оси у; в нашем случае а = 2. Наклон линии, b, отношение подъема линии к длине линии, имеет значение 0.5. Положительный наклон означает, что линия поднимается слева направо. Если b = 0, линия горизонтальна, а это значит, что между зависимой и независимой переменными нет никакой связи. Иными словами, изменение значения x не влияет на значение y.

Часто путают ŷ и у. На графике показаны 6 упорядоченных пар точек и линия, в соответствии с данным уравнением

На этом рисунке показана точка, соответствующая упорядоченной паре х = 2 и у = 4. Обратите внимание, что ожидаемое значение у в соответствии с линией при х = 2 является ŷ. Мы можем подтвердить это с помощью следу­ющего уравнения:

ŷ = 2 + 0.5х =2 +0.5(2) =3.

Значение у представляет собой фактическую точку, а значение ŷ — это ожидаемое значение у с использованием линейного уравнения при заданном значении х.

Следующий шаг - определить линейное уравнение, максимально соответствующее набору упорядоченных пар, об этом мы говорили в предыдущей статье, где определяли вид уравнения по .

Использование Excel для определения линейной регрессии

Для того, чтобы воспользоваться инструментом регрессионного анализа встроенного в Excel, необходимо активировать надстройку Пакет анализа . Найти ее можно, перейдя по вкладке Файл –> Параметры (2007+), в появившемся диалоговом окне Параметры Excel переходим во вкладку Надстройки. В поле Управление выбираем Надстройки Excel и щелкаем Перейти. В появившемся окне ставим галочку напротив Пакет анализа, жмем ОК.

Во вкладке Данные в группе Анализ появится новая кнопка Анализ данных.

Чтобы продемонстрировать работу надстройки, воспользуемся данными , где парень и девушка делят столик в ванной. Введите данные нашего примера с ванной в столбцы А и В чистого листа.

Перейдите во вкладку Данные, в группе Анализ щелкните Анализ данных. В появившемся окне Анализ данных выберите Регрессия , как показано на рисунке, и щелкните ОК.

Установите необходимыe параметры регрессии в окне Рег­рессия , как показано на рисунке:

Щелкните ОК. На рисунке ниже показаны полученные результаты:

Эти результаты соответствуют тем, которые мы получили путем самостоя­тельных вычислений в .

Регрессионный анализ является одним из самых востребованных методов статистического исследования. С его помощью можно установить степень влияния независимых величин на зависимую переменную. В функционале Microsoft Excel имеются инструменты, предназначенные для проведения подобного вида анализа. Давайте разберем, что они собой представляют и как ими пользоваться.

Но, для того, чтобы использовать функцию, позволяющую провести регрессионный анализ, прежде всего, нужно активировать Пакет анализа. Только тогда необходимые для этой процедуры инструменты появятся на ленте Эксель.


Теперь, когда мы перейдем во вкладку «Данные» , на ленте в блоке инструментов «Анализ» мы увидим новую кнопку – «Анализ данных» .

Виды регрессионного анализа

Существует несколько видов регрессий:

  • параболическая;
  • степенная;
  • логарифмическая;
  • экспоненциальная;
  • показательная;
  • гиперболическая;
  • линейная регрессия.

О выполнении последнего вида регрессионного анализа в Экселе мы подробнее поговорим далее.

Линейная регрессия в программе Excel

Внизу, в качестве примера, представлена таблица, в которой указана среднесуточная температура воздуха на улице, и количество покупателей магазина за соответствующий рабочий день. Давайте выясним при помощи регрессионного анализа, как именно погодные условия в виде температуры воздуха могут повлиять на посещаемость торгового заведения.

Общее уравнение регрессии линейного вида выглядит следующим образом: У = а0 + а1х1 +…+акхк. В этой формуле Y означает переменную, влияние факторов на которую мы пытаемся изучить. В нашем случае, это количество покупателей. Значение x – это различные факторы, влияющие на переменную. Параметры a являются коэффициентами регрессии. То есть, именно они определяют значимость того или иного фактора. Индекс k обозначает общее количество этих самых факторов.


Разбор результатов анализа

Результаты регрессионного анализа выводятся в виде таблицы в том месте, которое указано в настройках.

Одним из основных показателей является R-квадрат . В нем указывается качество модели. В нашем случае данный коэффициент равен 0,705 или около 70,5%. Это приемлемый уровень качества. Зависимость менее 0,5 является плохой.

Ещё один важный показатель расположен в ячейке на пересечении строки «Y-пересечение» и столбца «Коэффициенты» . Тут указывается какое значение будет у Y, а в нашем случае, это количество покупателей, при всех остальных факторах равных нулю. В этой таблице данное значение равно 58,04.

Значение на пересечении граф «Переменная X1» и «Коэффициенты» показывает уровень зависимости Y от X. В нашем случае — это уровень зависимости количества клиентов магазина от температуры. Коэффициент 1,31 считается довольно высоким показателем влияния.

Как видим, с помощью программы Microsoft Excel довольно просто составить таблицу регрессионного анализа. Но, работать с полученными на выходе данными, и понимать их суть, сможет только подготовленный человек.