线性回归:*为什么*可以划分平方和?


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这篇文章引用了一个二元线性回归模型。我一直将基于信度的总平方和(SSTO)分为误差平方和(SSE)和模型的平方和(SSR),但是一旦我开始认真考虑,我就不明白为什么起作用...Yi=β0+β1xi

我的部分不理解:

yi:y的观测值

y¯:所有观测到的 s 的平均值yi

y^i:给定观察值x的y的拟合/预测值

yi−y^i:残差/误差(如果平方和加总为所有观察值,则为SSE)

y^i−y¯:模型拟合值与平均值相差多少(如果对所有观察值进行平方和加和,则为SSR)

yi−y¯:观测值与平均值相差多少(如果对所有观测值进行了求和,则为SSTO)。

我可以理解为什么,对于一次观察,不求平方,。我能理解为什么,如果要将所有观测值相加,则必须将它们平方,否则它们的总和将为0。(yi−y¯)=(y^i−y¯)+(yi−y^i)

我不明白的部分是为什么(例如,SSTO = SSR + SSE)。看来,如果您遇到,那么,而不是。为什么这里不是这种情况?(yi−y¯)2=(y^i−y¯)2+(yi−y^i)2A=B+CA2=B2+2BC+C2A2=B2+C2


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您在最后一段中省略了总和。SST = SSR + SSE是的和,但是如果没有等号,则您之前写的等式实际上并不成立。i
— Glen_b-恢复莫妮卡的时间

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在最后一段中,您不希望(例如,SSTO = SSR + SSE)(例如,SSTO = SSR + SSE)。“ eg”是英语中拉丁词“ exempli gratia ”或“例如” 的缩写。“ ie”是“ id est ” 的缩写,可以用英语“ that”来阅读。
— 马修·冈恩

Answers:


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看来,如果您遇到,那么 ,而不是。为什么这里不是这种情况?A=B+CA2=B2+2BC+C2A2=B2+C2

从概念上讲,想法是因为和是正交的(即垂直)。BC=0BC


在此处进行线性回归的情况下,残差与经过预测的预测正交。与是正交分解一样,来自线性回归的预测会创建的正交分解。ϵi=yi−y^i ÿ(3,4)=(3,0)+(0,4)y^i−y¯y(3,4)=(3,0)+(0,4)

线性代数版本:

让:

z=[y1−y¯y2−y¯…yn−y¯]z^=[y^1−y¯y^2−y¯…y^n−y¯]ϵ=[y1−y^1y2−y^2…yn−y^n]=z−z^

线性回归(包括常数)将分解为两个向量的和:预测和残余zz^ϵ

z=z^+ϵ

让表示点积。(通常,可以是内积。)⟨.,.⟩⟨X,Y⟩ E[XY]

⟨z,z⟩=⟨z^+ϵ,z^+ϵ⟩=⟨z^,z^⟩+2⟨z^,ϵ⟩+⟨ϵ,ϵ⟩=⟨z^,z^⟩+⟨ϵ,ϵ⟩

最后一行来自(即和是正交的)。您可以根据普通最小二乘回归构造方式证明和是正交的。⟨z^,ϵ⟩=0z^ϵ=z−z^z^ϵz^

z^是在子空间上的线性投影,该子空间由回归变量,等的线性范围定义。...残余正交于整个子空间,因此(位于,等范围内)是与正交。zx1x2ϵz^x1x2ϵ


请注意,当我将定义为点积时,只是写(即SSTO = SSR + SSE)⟨.,.⟩⟨z,z⟩=⟨z^,z^⟩+⟨ϵ,ϵ⟩∑i(yi−y¯)2=∑i(y^i−y¯)2+∑i(yi−y^i)2


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整点表明,某些向量是正交的,然后使用勾股定理。

让我们考虑多元线性回归。我们知道OLS估计量是。现在考虑估计Y=Xβ+ϵβ^=(XtX)−1XtY

Y^=Xβ^=X(XtX)−1XtY=HY(H矩阵也称为“帽子”矩阵)

其中是Y在上的正交投影矩阵。现在我们有HS(X)

Y−Y^=Y−HY=(I−H)Y

其中是正交补码上的投影矩阵,它是。因此我们知道和是正交的。(I−H)S(X)S⊥(X)Y−Y^Y^

现在考虑一个子模型Y=X0β0+ϵ

其中并且类似地,我们有OLS估计器,并使用投影矩阵将和估计到。类似地,我们有和是正交的。现在X=[X0|X1]β0^Y0^H0S(X0)Y−Y0^Y0^

Y^−Y0^=HY−H0Y=HY−H0HY=(I−H0)HY

其中是补码上的正交投影矩阵,它是。因此,我们具有和。所以最后我们有了(I−H0)S(X0)S⊥(X0)Y^−Y0^Y0^

||Y−Y^||2=||Y||2−||Y^||2=||Y−Y0^||2+||Y0^||2−||Y^−Y0^||2−||Y0^||2

最后||Y−Y0^||2=||Y−Y^||2+||Y^−Y0^||2

最后,当考虑空模型时,均值只是。Y¯Y0^Y=β0+e


谢谢您的回答!什么是S()(就像您帖子中的S(X)一样)?
— bluemouse

S(X)是由矩阵的列产生的子空间X
— 卢卡斯梯度
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