线性回归模型初探

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  【中图分类号】F224 【文献标识码】A
  【文章编号】2095-3089(2019)07-0274-02
  《普通高中数学课程标准(实验)》第二部分“课程目标”中明确规定了高中数学课程的总体目标,并将目标分解为三个方面:知识与技能,过程与方法,情感态度与价值观,明确规定了以“经历”、“模仿”、“发现”、“探索”为标志的过程性目标.
  数学课程改革至今,数学的应用性及其与生活的紧密联系受到各方面关注与重视,数学模型正慢慢地从大学进入中学课堂.在现实世界中,不少变量之间是存在着一定关系,一般说来,这种关系大体上可以分为两类,一类是确定性的,即函数关系.例如,线性函数、指数函数、对数函数等.另一类是非确定性的,这类变量之间虽有一定的关系却又并不完全确定.例如,人的血压与年龄关系.农作物产量与施肥量有关……这些变量虽有一定联系,但却不能用普通函数关系来表达.事实上,这些变量是随机变量或其中至少有其中一个是随机变量.这种非确定性的关系称为相关关系.
  回归分析正是研究相关关系的一种数学工具,是数理统计学中最常用的统计方法之一.在生产实践、资金预测和科学研究中有着广泛的应用,具有很强的现实意义.研究方法:教材介绍“最小二乘法”的思想方法,并用“可以推得”的几个字越过了推导过程,直接给出了
  现实教学中,有部分学生对这公式表现得很困惑,迫切的希望知道的求法,再加上此思想方法有是回归分析方程形成的理论柱石.现给出推导过程,意在推导过程中让学生加深对公式的记忆和理解.推导过程如下:
  用最小二乘法使函数
  分别将a,b看成未知数,求导数,令导数为0得
  由方程解得:
  教材中给出的a,b公式比较复杂,学生不便记忆.在教学中发现, a,b的数值也可以通过下面方程组得到
  上面的方程组可以这样来记忆,设想Y=bX+a 有n个值相加,得到方程组的第一个方程;在直线方程Y=bX+a两边同乘X在设想n个数值相加,并得到了方程中第二个方程.
  比如,根据以下资料求回归方程
  根据资料计算整理得出下列计算表中数据
  将表中数据代入:
  也可以这样解:
  得a和b的值
  解得:b=36,a=372
  虽然我们可以利用信息技术很容易处理相关数据,但为了让学生体验知识的形成过程,笔者认为这样的运算很有好处,也不失为一者好方法.
  人教版《数学3》利用回归分析的方法对两个具有线性相关关系的变量进行了研究,其步骤是画出两个变量的散点图,求回归直线方程,并用回归直接方程进行预报.可见,学习统计,重在应用.有个形象的比喻,统计是以数字为食物的动物(Grass-Cow-Milk).统计的本业是消化数据,并产生有营养的结果.它的本质和母牛相差不多(Data-Statistics-Information)
  至此,我们已经顺利的经历了从现实世界到数学世界的过程,而数学模型所不同于常规习题,再从数学世界返回现实世界的过程需要学生再次体验.
  从数学世界返回现实世界,要求学生,根据具体的现实情景解读并检验数学解答,获得现实结果,检验现實结果的有效性,并反馈给现实情景.
  因此审视和检验自己的数学模型,变得非常重要,用什么标准来检验模型呢?教材给出相关指数R2和残差分析工具.它们的作用:R2越大-残差平方和越小-模型的拟合效果越好.反之相反.附:残差平方和=,
  通过中学教材的研读,笔者认为还有下列问题值得思考.
  (1)回归方程中解释变量x和预报变量y 的关系,即有数据组x为解释变量,y为预报变量的线性回归方程y=bx+a;又应该有y为解释变量,x为预报变量的线性回归方程x=b′y+a.
  (2)相关系数与回归方程系数的关系
  这比较容易看出系数与b相关系数
  的关系
  若回归系数b>0,则两组数据相关系数,若回归系数r>0,则回归系数b<0,则两组数据相关系数,则回归系数r<0;两组数据的相关系数之间满足bb′=r2
  (3)相关系数与回归方程系数功能差异思考.
  相关系数具有对称性质,即相关系数与x,y两者中哪一方为预报变量无关,而回归方程与x,y两者中哪一方是解释变量有关.
  基于上面的思考,结合高等数学数理统计的相关知识,由浅入深地将数学建模带进中学课堂,沟通学生的现实世界与数学世界。掌握方法,勤于思考,从多角度发现回归分析对现实生活的统计意义.
  国外有“现实数学”“real mathematics”)一派,主张数学教学必须结合学生的生活现实,这有其积极的一面。在教学过程中让学生经历数学发生(发现)、发展历程,体验数学工作者发现和探究问题的历程,学会“数学化”地思考问题,优化学生的思维品质,提高学生的数学修养.
  参考文献
  [1]赵小平,姚雪.上海与新加坡中学概率统计教材比较研究[J].数学教学,2010(2):10-12.
  [2]柳金甫,王义东.概率论与数理统计[M].武汉大学出版社,2006.
  [3]Author.Title[R].Technical Report, Report No., Publishing place (city name): Publisher, Year (in Chinese with
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