R语言-选择“最佳”的回归模型
尝试获取一个回归方程时,实际上你就面对着从众多可能的模型中做选择的问题。是不是所有的变量都要包括?抑或去掉那个对预测贡献不显著的变量?还是需要添加多项式项和/或交互项来提高拟合度?最终回归模型的选择总是会涉及预测精度(模型尽可能地拟合数据)与模型简洁度(一个简单且能复制的模型)的调和问题。如果有两个几乎相同预测精度的模型,你肯定喜欢简单的那个。本节讨论的问题,就是如何在候选模型中进行筛选。注意,“最佳”是打了引号的,因为没有做评价的唯一标准,最终的决定需要调查者的评判。
8.6.1 模型比较
用基础安装中的anova()函数可以比较两个嵌套模型的拟合优度。所谓嵌套模型,即它的一些项完全包含在另一个模型中。在states的多元回归模型中,我们发现Income和Frost的回归系数不显著,此时你可以检验不含这两个变量的模型与包含这两项的模型预测效果是否一样好(见代码清单8-11)。
此处,模型1嵌套在模型2中。 anova()函数同时还对是否应该添加Income和Frost到线性模型中进行了检验。由于检验不显著(p=0.994),因此我们可以得出结论:不需要将这两个变量添加到线性模型中,可以将它们从模型中删除。
AIC(Akaike
Information Criterion,赤池信息准则)也可以用来比较模型,它考虑了模型的统计拟合度以及用来拟合的参数数目。
AIC值越小的模型要优先选择,它说明模型用较少的参数获得了足够的拟合度。该准则可用AIC()函数实现(见代码清单8-12)。
此处AIC值表明没有Income和Frost的模型更佳。注意, ANOVA需要嵌套模型,而AIC方法不需要。比较两模型相对来说更为直接,但如果有4个、 10个,或者100个可能的模型怎么办呢?这便是下节的主题。
8.6.2 变量选择
从大量候选变量中选择最终的预测变量有以下两种流行的方法:逐步回归法(stepwise method)和全子集回归(all-subsets regression)。
1. 逐步回归
逐步回归中,模型会一次添加或者删除一个变量,直到达到某个判停准则为止。例如,
向前逐步回归(forward stepwise)每次添加一个预测变量到模型中,直到添加变量不会使模型有所改进为止。
向后逐步回归(backward
stepwise)从模型包含所有预测变量开始,一次删除一个变量直到会降低模型质量为止。而向前向后逐步回归(stepwise
stepwise,通常称作逐步回归,以避免听起来太冗长),结合了向前逐步回归和向后逐步回归的方法,变量每次进入一个,但是每一步中,变量都会被重新评价,对模型没有贡献的变量将会被删除,预测变量可能会被添加、删除好几次,直到获得最优模型为止。
逐步回归法的实现依据增删变量的准则不同而不同。 MASS包中的stepAIC()函数可以实现逐步回归模型(向前、向后和向前向后),依据的是精确AIC准则。代码清单8-13中,我们应用的是向后回归。
开始时模型包含4个(全部)预测变量,然后每一步中,
AIC列提供了删除一个行中变量后模型的AIC值, <none>中的AIC值表示没有变量被删除时模型的AIC。第一步,
Frost被删除, AIC从97.75降低到95.75;第二步, Income被删除,
AIC继续下降,成为93.76,然后再删除变量将会增加AIC,因此终止选择过程。
逐步回归法其实存在争议,虽然它可能会找到一个好的模型,但是不能保证模型就是最佳模型,因为不是每一个可能的模型都被评价了。为克服这个限制,便有了全子集回归法。
2. 全子集回归
全子集回归,顾名思义,即所有可能的模型都会被检验。分析员可以选择展示所有可能的结果,也可以展示n 个不同子集大小(一个、两个或多个预测变量)的最佳模型。 例如, 若nbest=2,先展示两个最佳的单预测变量模型,然后展示两个最佳的双预测变量模型,以此类推,直到包含所有的预测变量。全子集回归可用leaps包中的regsubsets()函数实现。你能通过R平方、调整R平方或Mallows Cp统计量等准则来选择“最佳”模型。
R平方含义是预测变量解释响应变量的程度;调整R平方与之类似,但考虑了模型的参数数目。
R平方总会随着变量数目的增加而增加。当与样本量相比,预测变量数目很大时,容易导致过拟合。R平方很可能会丢失数据的偶然变异信息,而调整R平方则提供了更为真实的R平方估计。另外,
Mallows Cp统计量也用来作为逐步回归的判停规则。广泛研究表明,对于一个好的模型,它的Cp统计量非常接近于模型的参数数目(包括截距项)。
在代码清单8-14中,我们对states数据进行了全子集回归。结果可用leaps包中的plot()函数绘制(如图8-17所示),或者用car包中的subsets()函数绘制(如图8-18所示)。
初看图8-17可能比较费解。第一行中(图底部开始),可以看到含intercept(截距项)和Income的模型调整R平方为0.33,含intercept和Population的模型调整R平方为0.1。跳至第12行,你会看到含intercept、
Population、 Illiteracy和Income的模型调整R平方值为0.54,而仅含intercept、
Population和Illiteracy的模型调整R平方为0.55。此处,你会发现含预测变量越少的模型调整R平方越大(对于非调整的R平方,这是不可能的)。图形表明,双预测变量模型(Population和Illiteracy)是最佳模型。
在图8-18中,你会看到对于不同子集大小,基于Mallows
Cp统计量的四个最佳模型。越好的模型离截距项和斜率均为1的直线越近。图形表明,你可以选择这几个模型,其余可能的模型都可以不予考虑:含Population和Illiteracy的双变量模型;含Population、
Illiteracy和Frost的三变量模型,或Population、
Illiteracy和Income的三变量模型(它们在图形上重叠了,不易分辨) ;含Population、 Illiteracy、
Income和Frost的四变量模型。
大部分情况中,全子集回归要优于逐步回归,因为考虑了更多模型。但是,当有大量预测变量时,全子集回归会很慢。一般来说,变量自动选择应该被看做是对模型选择的一种辅助方法,而不是直接方法。拟合效果佳而没有意义的模型对你毫无帮助,主题背景知识的理解才能最终指引你获得理想的模型。
数据分析咨询请扫描二维码
在当今以数据为导向的商业环境中,数据分析师的角色变得越来越重要。无论是揭示消费者行为的趋势,还是优化企业运营的效率,数据 ...
2024-11-17金融数学是一门充满挑战和机遇的专业,它将数学、统计学和金融学的知识有机结合,旨在培养能够运用数学和统计方法解决复杂金融市 ...
2024-11-16在信息时代的浪潮中,大数据已成为推动创新的重要力量。无论是在商业、医疗、金融,还是在日常生活中,大数据扮演的角色都愈发举 ...
2024-11-16随着大数据技术的迅猛发展,数据已经成为现代商业、科技乃至生活各个方面的重要资产。大数据专业的毕业生在这一变革背景下,拥有 ...
2024-11-15随着大数据技术的迅猛发展,数据已经成为现代商业、科技乃至生活各个方面的重要资产。大数据专业的毕业生在这一变革背景下,拥有 ...
2024-11-15在快速演变的数字时代,数据分析已成为多个行业的核心驱动力。无论你是刚刚踏入数据分析领域,还是寻求进一步发展的专业人士,理 ...
2024-11-15Python作为一种通用编程语言,以其简单易学、功能强大等特点,成为众多领域的核心技术驱动者。无论是初学者还是有经验的编程人员 ...
2024-11-15在当今数据驱动的世界中,数据分析已成为许多行业的基础。无论是商业决策,产品开发,还是市场策略优化,数据分析都扮演着至关重 ...
2024-11-15数据分析作为现代商业和研究领域不可或缺的一部分,吸引了越来越多的初学者。然而,自学数据分析的过程中,初学者常常会遇到许多 ...
2024-11-15在当今的数据驱动世界中,机器学习方法在数据挖掘与分析中扮演着核心角色。这些方法通过从数据中学习模式和规律来构建模型,实现 ...
2024-11-15随着数据在各个行业的重要性日益增加,数据分析师在商业和技术领域的角色变得至关重要。其核心职责之一便是通过数据可视化,将复 ...
2024-11-15数据分析师的职责不仅仅局限于解析数据和得出结论,更在于将这些复杂的信息转换为清晰、易懂且具有影响力的沟通。良好的沟通能力 ...
2024-11-15数字化转型是企业提升竞争力和实现可持续发展的关键路径。面对快速变化的市场环境,以及技术的飞速发展,企业在数字化转型过程中 ...
2024-11-15CDA数据分析师认证:CDA认证分为三个等级:Level Ⅰ、Level Ⅱ和Level Ⅲ,每个等级的报考条件如下: Le ...
2024-11-14自学数据分析可能是一条充满挑战却又令人兴奋的道路。随着数据在现代社会中的重要性日益增长,掌握数据分析技能不仅能提升你的就 ...
2024-11-14数据分析相关职业选择 数据分析领域正在蓬勃发展,为各种专业背景的人才提供了丰富的职业机会。从初学者到有经验的专家,每个人 ...
2024-11-14数据挖掘与分析在金融行业的使用 在当今快速发展的金融行业中,数据挖掘与分析的应用愈发重要,成为驱动行业变革和提升竞争力的 ...
2024-11-14学习数据挖掘需要掌握哪些技能 数据挖掘是一个不断发展的领域,它结合了统计学、计算机科学和领域专业知识,旨在从数据中提取有 ...
2024-11-14统计学作为一门基于数据的学科,其广泛的应用领域和多样的职业选择,使得毕业生拥有丰厚的就业前景。无论是在政府还是企业,统计 ...
2024-11-14在当今高速发展的技术环境下,企业正在面临前所未有的机遇和挑战。数字化转型已成为企业保持竞争力和应对市场变化的必由之路。要 ...
2024-11-13