統計学「回帰 ~データを他のデータで説明する~」

Step:04[単回帰]

他のデータを使って式や値で説明すること

こんにちは、徳です。

デジタルDIYができるようコーディング・プログラミング・画像加工・動画編集などを本やYouTubeで勉強しています。

現在は、初心者なので、とにかくゆっくり進んでいくと思います。

また、「間違っていること」や「こうした方が良いよ」などがあれば、コメントなどしていただけたら幸いです。

では、いきましょう!


統計学

今回は、

回帰

についてです。

2つのデータ群の関係を求めるとき、どんな値を求めて調べるか覚えていますか?

答えは、

相関係数

です。

徳
徳

相関係数によって、データ間の相関関係を知ることができましたね。

ここで、

Aくん
Aくん

相関関係はわかったけれども、実際に数値としてどのくらい増える関係かを知りたい。

と思ったことないですか?

その時に使用するものが、回帰です。

回帰を使えば、

項目間の関係を読み解く

ことができるようになります。


回帰

回帰とは

説明

回帰とは、

お互いの項目間の関係を読み解く

ことです。

つまり、

データを他のデータを使って式や値で説明する

ということです。

徳
徳

片方が1増えたら、もう片方は〇〇増える関係にある

などの式や数値で説明できたら、これからの予測にも役立ちますよね。

用途

回帰は、

データの予測

に使用します。

徳
徳

これを、回帰分析と言います。

回帰を考えることで、

データ間を式で表すことができる

ようになります。

徳
徳

y = ax + bのような式を作ります。

これを、回帰直線と言います。

関係を式で表すことにより、

片方の値が〇〇ならもう片方は××になる

と考えることができるようになります。

相関との違い

2つのデータの関係を表すものとして、

相関係数などを使用した相関関係

というものがあります。

回帰と相関関係の違いは、

相関関係

お互いの関係を強さと向きで表す

xが増えればyも増えるなど

回帰

お互いの関係を式などで表す

xが決まればyも決まる

という点です。

しかし、回帰直線を求める場合、

その前に相関関係があるかを確認する

ことが多いです。

徳
徳

無相関の場合、直線で表すことは難しいですからね。

回帰の流れ

回帰の流れは、

相関があるかを調べる

↓

回帰直線を引く ( y = ax + b の式にする)

↓

回帰直線の係数a・bを求める

↓

y = ax + bに代入 (式が完成します)

↓

残差を求める

↓

残差平方和を求める

↓

決定係数を求める

↓

決定係数で比較する

です。

使われる言葉

回帰を考えるときによく使われる言葉として、

回帰直線・残差・残差平方和・決定係数

というものがあります。

実際に、比較する時に使われるのは、

回帰直線と決定係数

です。

回帰直線を求めることで、2つのデータの関係を

y = ax + b

の形にできます。

徳
徳

式にすることで、

xのデータを仮定したときのyを予測する

ことができるのです。

また、決定係数を求めることで、決定係数が

0に近いほど

xがyを説明できていない

1に近いほど

xがyを十分説明できている

と言えます。

OnePoint

残差と残差平方和は、

決定係数を求めるため

に求めます。

回帰

ここからは、回帰の流れを簡単に見ていきましょう。

2つのデータの関係を式にする
相関があるかを調べる

まずは2つのデータの相関があるかを調べましょう。

相関があるかを調べるには、

散布図・相関係数

を使用します。

OnePoint

この時に、

無相関であった場合、回帰直線を求めるのは難しい

です。

無相関ということは、

2つのデータに関わ理がない可能性が高い

ということだからです。

徳
徳

関わりがなければ、式にすることができませんよね。

関係を式にすることが回帰なので、

できないのなら、ここでやめましょう。

回帰直線を引く

相関を調べて、相関があったらしきにするため

回帰直線を引く

ようにしましょう。

徳
徳

ここでは、特に行うことはありません。

y = ax + bの式を考えよう

ということです。

回帰直線の係数a・bを求める

y = ax + bの式を完成させるため、

係数a・b

を求めましょう。

公式は、

です。

y = ax + bに代入

先ほど求めた、係数a・bを、

y = ax + b に代入

しましょう。

徳
徳

求めたaとbを入れるだけですね。

これで、

2つのデータの関係を式にする

ことができました。

徳
徳

回帰の目的の一つ「関係を式にする」が、

これでできましたね。

決定係数を求める

ここからは、決定係数を求めましょう。

残差を求める

まずは、残差を求めます。

公式は、

です。

残差とは、

式にしたときの各データと実際のデータとの差

です。

先ほど作成した式は、

データから作った一番近い式

です。

近い式であるため、

実際に集めたデータと、式にxを代入したときのyの値は常に同じとはならない

と言うことです。

残差とは、その時の

実際のデータと代入した時の値の差

です。

残差平方和を求める

残差を求めたら、残差平方和を求めましょう。

公式は、

です。

残差平方和とは、

残差

式の値と実際の値の差

平方

2乗

和

合計

です。

つまり、

式の値と実際の値の差を2乗した合計

と言うことです。

徳
徳

公式もそのままですね。

決定係数を求める

決定係数とは、

実際のデータがどのくらい回帰直線に沿っているのか

を表します。

公式は、

です。

:yの平均値・:yの予測値

徳
徳

この値を求めることで、

式がどのくらい近い値を説明しているのか

を知ることができます。

これで、決定係数を求められました。

決定係数で比較する

決定係数を求めたら、

その値で比較

をしましょう。

比較の仕方の例としては、

  • 0.6以下:説明できていない
  • 0.65 より大きく0.8付近:よく説明できている
  • 0.9以上:大きすぎる・あまりにも合っているため、予測としては不安と考える

です。

徳
徳

人によって、見方は変わります。

しかし、0.9以上はあまりにも高すぎる

と考えた方が良いと私は思います。

注意点

「決定係数が高い = 関係がある」ではない

理由:今までのデータが式の近くを沿っているにすぎないため

決定係数は、

あくまで今までのデータが式の近くの値に沿っている

というのみの値です。

つまり、

決定係数が高い = 2つのデータには関係があると言うわけではない

ということです。

まとめ

今回は、

回帰

について紹介させていただきました。

回帰とは、

データを他のデータで説明する

と言うことです。

回帰をする目的は、

  • 2つのデータを式で説明する
  • 式がデータにどのくらい沿っているのかを見る

です。

最後まで読んでいただき、ありがとうございました。

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