رابطهی دو متغیر: همبستگی و رگرسیون خطی
همبستگی پیرسون را بخوانی، خط رگرسیون را برای پیشبینی به کار ببری و بدانی چرا همبستگی علیت نیست.
15 دقیقه مطالعه · 6 سؤال تمرینی · آمار و احتمال برای علم داده
همبستگی: چقدر با هم حرکت میکنند؟
۵ دانشجو را در نظر بگیرید: ساعت مطالعهی هفتگی و نمرهی امتحان
| ساعت مطالعه () | ۱ | ۲ | ۳ | ۴ | ۵ | |---|---|---|---|---|---| | نمره () | ۵۲ | ۵۸ | ۶۵ | ۷۰ | ۸۰ |
نمودار پراکندگی (scatter plot) تقریباً یک خط صعودی است. ضریب همبستگی پیرسون این را در یک عدد خلاصه میکند:
- نزدیک : رابطهی خطی صعودی قوی؛ نزدیک : نزولی قوی؛ نزدیک ۰: رابطهی خطی ضعیف.
- بدون واحد است و با تغییر مقیاس (مثلاً ساعت به دقیقه) عوض نمیشود.
- برای این داده ، تقریباً یک خط کامل.
دو هشدار مهم:
- یعنی رابطهی خطی نیست، نه اینکه رابطهای نیست. برای و رابطهی ۱۰۰٪ قطعی است ولی .
- همبستگی علیت نیست. فروش بستنی و غرقشدن در استخر هر دو در تابستان بالا میروند (متغیر پنهان: گرما). مطالعهی بیشتر ممکن است نمره را بالا ببرد، ولی همبستگی بهتنهایی آن را ثابت نمیکند.
رگرسیون خطی ساده: خط بهترین برازش
میخواهیم نمره را از ساعت مطالعه پیشبینی کنیم. رگرسیون خطی خطی را مییابد که مجموع مربع خطاها را کمینه کند (کمترین مربعات):
برای دادهی بالا: و ، یعنی
تفسیر: به ازای هر ساعت مطالعهی بیشتر، نمره به طور متوسط ۶٫۸ واحد بیشتر پیشبینی میشود؛ و برای ۰ ساعت، پیشبینی ۴۴٫۶ است (اغلب خارج از محدودهی داده و بیمعنا).
ضریب تعیین میگوید چند درصد از تغییرات با خط توضیح داده میشود: اینجا یعنی حدود ۹۹٪.
نکته: برونیابی (پیشبینی بیرون از بازهی داده، مثلاً ۴۰ ساعت مطالعه) خطرناک است؛ رابطه ممکن است خطی نماند.
منابع و مطالعهی بیشتر
- OpenIntro Statistics: کتاب درسی رایگان و بسیار روان برای آمار مقدماتی؛ فصلهای توصیف داده و رگرسیون خطی (انگلیسی).
- Seeing Theory: توضیح تصویری و تعاملی مفهومهای آمار و احتمال.
- Think Stats: آمار با کد پایتون (مجوز CC BY-NC).
آنها عالیاند برای «دیدن» مفهومها و حل مسئلهی طولانی. اینجا کار دیگری میکنیم: همهچیز را با عدد و پرسش کوتاه تمرین میکنی و مرور فاصلهدار میآورد که تفاوت «واریانس نمونه و جامعه» یا «همبستگی در برابر علیت» را چند هفته بعد هم یادت بماند.