曲线回归分析

当使用散点图观察自变量(X)和因变量(Y)之间的关系时,数据分布有时看起来像是曲线而不是直线。这种情况下,线性回归并不能很好拟合模型和预测数据,此时就需要对数据进行“改造”,通过各类转换变成线性关系,最终建立回归模型。


1 概念

曲线回归是指对于非线性关系的变量进行回归分析的方法。

曲线回归实际上是将数学关系表达式,转换成线性表达式,然后进行线性回归分析,SPSSAU默认给出转换后的模型结果。

SPSSAU曲线回归模型


SPSSAU共提供其中7种,包括:二次函数、三次函数、对数曲线、指数曲线、复合曲线、增长曲线等。

 

2 分析步骤

第1步:分析前先用散点图确定数据形态,选择【可视化】→【散点图】

第2步:选择【进阶方法】→【曲线回归】

第3步:选择确认好的曲线种类,将变量拖拽到分析框中,点击分析即可


3 案例分析

① 背景

根据研究要求,在不同温度下,对金属强度进行检测,并找出影响关系。

②操作步骤

(1)首先通过用散点图确定数据形态。

操作路径:SPSSAU>可视化>散点图


SPSSAU-散点图


可以看到拟合线与散点拟合情况较差,同时很明显的能看出,温度与强度之间存在某种曲线关联(可查看相关文献,得到两者具体关联情况)根据散点分布选择最佳拟合的非线性线。


同一组数据采用不同的曲线方程会得到不一样的拟合效果,如果可以通过文献得知X、Y之间是呈现哪种非线性关系,可直接选择该函数。如果不知道,需要用不同的函数进行分析,结合专业知识对比找出更适合,拟合情况更好的曲线函数。


(2)本例中,选择指数曲线进行拟合。将强度拖拽进“Y分析框”,将温度拖入“X分析框”,点击分析即可。

曲线回归


4 分析结果

指数曲线拟合图

曲线拟合图直观展示出数据间的拟合关系,上图可以明显的看出,温度和强度之间确实呈现出指数拟合关系。因而也说明数据基本呈现出指数拟合。


表1用于整体分析模型拟合情况,可以看出,模型R平方值为0.992,意味着模型拟合中有99.2%的数据基本都呈现出指数曲线拟合关系,说明模型拟合程度好。

如果需要拟合多种类型的曲线,对比哪个模型更优,可看AIC或BIC指标。AIC或BIC指标是模型对比时使用的常用指标,两个指标值越小越好。


表2是曲线回归ANOVA检验,用于判定模型是否有意义,本例中显示P值<0.05,说明模型有意义。

如果上表显示不通过F检验,可考虑使用线性回归或其它曲线类型拟合。


表3为回归系数结果,根据分析结果可知,模型公式为:ln(强度) = 0.283 - 0.009 * 温度


具体分析,温度对于强度的影响情况来看,自变量时间呈现出0.01水平的显著性,意味着温度会对金属强度产生指数关系的影响,同时回归系数值为-0.009,也说明随着温度的上升,金属强度呈现出指数曲线下降。


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