当用拟合的曲线回归方程描述两变量间的曲线关系时,经常需要回答两个问题:一是拟合的曲线有无意义,即此曲线关系能否成立; 二是拟合的效果如何。如果曲线拟合是利用直线化的原理来完成的,那么,回答第一个问题可用直线化方程的假设检验,即直线化方程成立,则曲线关系也成立,反之亦然;回答第二个问题可用直线化方程的拟合效果检验,意即直线化方程拟合是好的,则曲线拟合也是好的,反之亦然。这两种检验方法通称为曲线的拟合优度检验,均用方差分析。
直线化方程的假设检验 参见条目“直线回归”中“直线回归方程的假设检验”。这里只需用直线化方程中变换后的变量x、y代替直线方程中的变量X、Y就行了。如例1中用x=lgX代X,用y=lg(Y+10)代Y。
例1 在条目 “双曲线拟合”的例1中,用最小二乘法求得压力(mmHg)X与二酰肼生存率(%)Y的直线化方程为ŷ=2.2238-0.3862x,式中x=lgX,y=lg(Y+10)。试由此推断lg(Ŷ+10) = 2.2238-0.3862 lgX的曲线关系能否成立? (提示: 前已算得lxx=2.0323,lxy=-0.7848)。
H0: 总体回归系数β=0,
H1: β≠0。a=0.05。
由条目 “双曲线拟合”表1算得n=6,Σy=8.8207,Σy2=13.2728。
今v1 =1,v2=6-2=4,查F界值表得P<0.01,按a=0.05水准拒绝H0,接近H1,可认为x、y间有直线关系,即上述曲线关系能成立。
直线化方程的拟合效果检验 对直线回归方程作假设检验,得P≤a,只能说明因素X的一次项对指标Y的影响是不可忽视的。如果除X的影响外,还有其他未加控制的、不可忽视的影响因素,则此直线的拟合效果就不能算是好的,称为失拟。要判断直线拟合效果的好坏需做一些重复试验。比如例2中将五种稀释液Xi各重复了10次,共得50个观察值Yij,并作变换:x=lgx,yij=lg(Yij-4)。可以证明,在各试验点Xi处,重复次数相等的情况下,如例2,在用x及其对应的10个yij的均数y(共5个数对),按最小二乘法求得直线方程与分别用每个x及其对应的10个yij值(共50个数对)求得的直线方程完全一样。据此,可按下述步骤检验直线化方程的拟合效果。检验假设H0为失拟均方等于误差均方,H1为两个均方不等。
(1)按式(2)求y变异的总离均差平方和SS总、回归平方和SS回、失拟平方和SS失、误差平方和SS误及其相应的自由度v。数理统计证明:
SS总=SS回+SS失+SS误。(1)
式中n为对子数(只计x的取值个数),m为重复次数,为yij的所有重复观察值之和,
方和。其余符号同前。
(2)将式(2)计算结果列方差分析表,如表2;再按式(3)计算统计量F1值,
查F界值表得P值,按所取检验水准α作出推断结论:若P≤α,则拒绝H0,接受H1,说明SS失中除含有误差的影响外,还有其他因素的影响,需进一步查明;若P>α,则不拒绝H0,说明SS失基本上可看成是误差等偶然因素引起的。这时继续下一步。
(3)将SS失与SS误合并,其相应的自由度亦合并,按式(4)计算统计量F2值,作直线化方程的假设检验(H0为β=0)。
查F界值表得P值,若结论为拒绝H0,说明回归方程的拟合效果较好;若不拒绝H0,说明引入x的一次项没有多大作用,即此直线所对应的曲线关系不成立。
注意: 非重复试验时,直线化方程的假设检验中的F检验,与重复试验时的F2检验不同,后者的误差自由度要大得多。
例2 为测定人体免疫球蛋白G的含量,拟制备标准血清稀释度倍数X与沉淀环直径(mm)Y的标准曲线。每种稀释度各重复10次,资料见表1。已拟合曲线的直线化方程为lg(Y-4)=1.6975-0.8664 lgX,问拟合的效果如何?(提示: 已得lxx=0.6938,lyy=0.5243,lxy=-0.6011)。
H0: 失拟均方等于误差均方,
H1:失拟均方不等于误差均方。
α=0.05。
今n=5,m=10。对表中50个Yij值作yij=lg(Yij-4)变
表1 五种稀释度X各重复测10次沉淀环直径Y
X | 20 | 25 | 50 | 100 | 200 |
Yij | 8.0 | 7.2 | 5.5 | 5.0 | 4.5 |
y(均数) | 0.5917 | 0.4795 | 0.1830 | -0.0004 | -0.3028 |
表2 拟合效果的方差分析
变异来源 | v | SS | MS | F |
总 | 49 | 5.2858 |
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回归 | 1 | 5.2079 | 5.2079 | 5482.00(F回) |
SS误=5.2858-5.2079-0.0351=0.0428,
v误=5(10-1)=45。
以F1查F界值表得P<0.01,按α=0.05水准拒绝H0,接受H1,说明SS失中除误差的影响外,尚有其他因素的影响,待进一步查明。但F回有显著性(P<0.01),说明x的一次项对y有一定作用,但直线的拟合尚不够好,即此曲线拟合的效果尚不够好。
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