1-广义线性模型

-几种不同模型概括

      * 线性模型(Classical Linear Model):结局变量为连续变量,服从正态分布(残差~N(0,σ^2)),满足独立性、等方差性(方差为常量)。自变量也为连续变量。即线性回归。

     * 一般线性模型(General Linear Model):线性模型的扩展。在其基础上,自变量可以是连续变量,也可以是分类变量。比如线性回归、方差分析、协方差分析等。对应SAS中的Proc GLM过程。

     * 线性混合效应模型(Linear Mixed Model ):一般线性模型的扩展。允许数据不满足独立性和等方差性,但是结局变量仍为连续变量,仍需符合线性假设。可以同时包含固定效应和随机效应。对应SAS中的Proc MIXED过程。

      * 广义线性模型(Generalized Linear Model ):一般线性模型的扩展。模型左侧结局变量为指数分布族中的一种,不要求服从正态分布,可以是连续变量,也可以是分类变量。模型右侧仍为线性组合,通过连接函数进行连接。对应SAS中的Proc GENMOD过程。

     * 广义线性混合效应模型(Generalized Linear Mixed Model):相当于广义线性模型和线性混合效应模型的综合。对应SAS中的Proc GLIMMIX过程。

- 广义线性模型(Generalized linear model)

     广义线性模型的因变量需要为指数分布族中的一种。正态分布、二项分布、泊松分布等都可以转换成指数分布族的形式。

     Exponential Dispersion Family
不同文献中的标注不太一样,SAS中的ai(Φ)有些文献中直接标注为Φ

     均值和方差都可以通过b(θ)进行计算:
SAS help

几个参数的含义如下,分布族中的其他分布对应参数的不同形式。
大概看一下帮助理解。
     Φ:dispersion parameter/scale parameter。常量,已知或待估计。
     θ:Canonical form of the location parameter。可以表示均值μ的函数
     b(θ):θ的函数。
     y:已知的因变量。

e.g. 正态分布
Applying Generalized Linear Models
 
SAS Help

                 SAS中的Φ=a_i(Φ)=σ^2Scale=sqrt(a_i(Φ))=σ

e.g.伽马分布
Applying Generalized Linear Models

SAS help
                SAS中的Φ=a_i(Φ)=v^{-1}Scale=1/a_i(Φ)=v

SAS Help中不同分布对应的Scale
模型的3个要素:
  1. 因变量(Random component),服从指数分布族。e.g. 正态分布、泊松分布。
  2. 线性预测组合(Systematic component)。由协变量x_1,x_2, ..., x_p组成的线性预测 η=x_1β_1+...+x_pβ_p。β待估计。
  3. 连接函数(Link Function):连接因变量均值和线性预测组合之间的单调可微函数g(.),使因变量符合线性组合的范围。

X^Tβ=g(μ),μ=g^{-1}(X^Tβ)

一般线性模型中(1)为正态分布,(3)的连接函数为恒等函数(identity function)。
广义线性模型允许(1)为非正态分布,(3)可以是任何单调可微的函数。


**

模型中涉及到canonical link function的概念。SAS中描述为:
The canonical link function is that function which transforms the mean to a canonical location parameter of the exponential dispersion family member。
一个模型对应的Link function可能有多个,如二项分布对应的link function可以是probit或者logit,都可以将(0,1)范围内的概率转换至线性组合的范围,使g(μ)∈(-∞,+∞)。 但只有连接均值μ和Canonical parameter-θ的函数g被称之为Canonical Link function。即g(μ)=θ。
因为μ=b'(θ),则θ=(b’)^{-1}(μ)g(μ)=θ=(b’)^{-1}(μ)

二项分布的例子:
p^y(1-p)^{1-y}=exp(ylogp+(1-y)log(1-p))=exp(ylog(\frac{p}{1-p})+log(1-p))
对应θ=log(\frac{p}{1-p}), 即Canonical link function为log(\frac{p}{1-p}),即为logit变换。b(θ)=-log(1-p),p=\frac{e^θ}{1+e^θ}b(θ)=ln(1+e^θ)


参考了以下的视频和书,帮助理解:
B站的视频:https://b23.tv/igMu8hr
书:Applying Generalized Linear Models

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