【回归直线方程例题详解】在统计学中,回归分析是一种用来研究变量之间关系的重要方法。其中,回归直线方程是描述两个变量之间线性关系的数学表达式。本文将通过一个典型例题,详细讲解如何求解回归直线方程,并以加表格的形式展示答案,帮助读者更好地理解和掌握这一知识点。
一、例题背景
某中学为了研究学生身高与体重之间的关系,随机抽取了10名学生的身高(单位:cm)和体重(单位:kg),数据如下:
学生编号 | 身高(x) | 体重(y) |
1 | 160 | 50 |
2 | 165 | 55 |
3 | 170 | 60 |
4 | 175 | 65 |
5 | 180 | 70 |
6 | 162 | 52 |
7 | 168 | 58 |
8 | 172 | 62 |
9 | 178 | 68 |
10 | 182 | 72 |
要求根据以上数据,求出体重(y)关于身高的回归直线方程。
二、回归直线方程的计算步骤
回归直线方程的一般形式为:
$$
\hat{y} = a + bx
$$
其中:
- $ \hat{y} $ 是预测值;
- $ x $ 是自变量(身高);
- $ b $ 是斜率;
- $ a $ 是截距。
步骤1:计算必要的统计量
我们先计算以下各项:
- $ \sum x $:所有身高之和
- $ \sum y $:所有体重之和
- $ \sum xy $:每个身高与对应体重乘积之和
- $ \sum x^2 $:每个身高平方之和
- $ n $:样本数量(本题为10)
计算结果如下:
学生编号 | 身高(x) | 体重(y) | xy | x² |
1 | 160 | 50 | 8000 | 25600 |
2 | 165 | 55 | 9075 | 27225 |
3 | 170 | 60 | 10200 | 28900 |
4 | 175 | 65 | 11375 | 30625 |
5 | 180 | 70 | 12600 | 32400 |
6 | 162 | 52 | 8424 | 26244 |
7 | 168 | 58 | 9744 | 28224 |
8 | 172 | 62 | 10664 | 29584 |
9 | 178 | 68 | 12104 | 31684 |
10 | 182 | 72 | 13104 | 33124 |
汇总:
- $ \sum x = 1702 $
- $ \sum y = 600 $
- $ \sum xy = 105310 $
- $ \sum x^2 = 293610 $
- $ n = 10 $
三、计算回归系数
公式如下:
$$
b = \frac{n\sum xy - \sum x \sum y}{n\sum x^2 - (\sum x)^2}
$$
$$
a = \bar{y} - b\bar{x}
$$
其中:
- $ \bar{x} = \frac{\sum x}{n} = \frac{1702}{10} = 170.2 $
- $ \bar{y} = \frac{\sum y}{n} = \frac{600}{10} = 60 $
代入数值:
$$
b = \frac{10 \times 105310 - 1702 \times 600}{10 \times 293610 - (1702)^2}
= \frac{1053100 - 1021200}{2936100 - 2896804}
= \frac{31900}{39296} \approx 0.812
$$
$$
a = 60 - 0.812 \times 170.2 \approx 60 - 138.2 = -78.2
$$
四、得出回归直线方程
最终得到的回归直线方程为:
$$
\hat{y} = -78.2 + 0.812x
$$
五、总结与表格展示
步骤 | 内容 |
1 | 计算 $ \sum x, \sum y, \sum xy, \sum x^2 $ |
2 | 计算平均值 $ \bar{x}, \bar{y} $ |
3 | 代入公式计算斜率 $ b $ 和截距 $ a $ |
4 | 得到回归直线方程 $ \hat{y} = a + bx $ |
变量 | 数值 |
$ \sum x $ | 1702 |
$ \sum y $ | 600 |
$ \sum xy $ | 105310 |
$ \sum x^2 $ | 293610 |
$ \bar{x} $ | 170.2 |
$ \bar{y} $ | 60 |
$ b $ | 0.812 |
$ a $ | -78.2 |
回归方程 | $ \hat{y} = -78.2 + 0.812x $ |
六、结论
通过上述计算过程,我们得到了体重与身高之间的回归直线方程。该方程可以用于预测学生的体重,前提是身高在已知范围内。理解并掌握回归直线方程的计算方法,有助于我们在实际问题中进行数据分析与预测。