最小二乘法的初等解释
2021-09-10张红兵
启迪·上 2021年1期


摘要:通过对最小二乘法的系数确定、相关指数、首发权等问题提供初等解释,加深对最小二乘法的理解,体会统计思想的数学基础。
关键词:最小二乘法;线性回归;首发权。
对两个线性相关变量做回归分析时,我们会用最小二乘法。看似平常的最小二乘法,实则来之不易,高斯凭借法国子午线弧测算而生与勒让德的首发权之争,延续数年。即便是回归方程的系数的推算,究竟是用微分方法、偏差理论还是矩阵法,亦是值得推敲的。离开了这些思考,单纯把结论告诉学生,那当然就不会重视散点图、残差分析、相关指数等与统计思想有关的概念,听者就只能如坠五里云中。
在最小二乘法的学习中,如果只重视公式和结论,掐头去尾烧中段,就会失去深入领会统计学思想的契机,在大学后续学习最小二乘法的改进方法,比如岭回归估计、主成分回归、稳健回归等时就产生困难。统计思想才是统计学习中最为重要的。
下面以高中生的关切度为序,谈几个问题。
一 系数公式重要吗?
对于具有线性相关关系的两个变量的一组数据,对它们做线性回归,由最小平方法,得到
的公式究竟是怎么得到的?首先得明白:需要考察“差异”的总和,而且它越小越好。但是为啥要考察“差异”的平方和,而不是直接考察呢?这当然是从大量计算的方便性来考虑的:不需要进行符号判断,就可以直接进行计算,避免了进行符号判断的麻烦。还有一个原因。举个例子:如果实际值与估计值的差是20(或-20),差异较大,平方后会被放大20倍,变为400;如果这一差异较小,是0.2,那么它平方后就变为0.04.。……
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