Предположим, известно, что случайные величины Х и Y связаны линейной корреляционной зависимостью (обе линии регрессии прямые). Требуется по опытным данным найти уравнения прямых линий регрессии Х на Y и Y на Х и оценить силу линейной корреляционной связи.
Рассмотрим сначала простейший случай, когда в результате независимых опытов была получена совокупность n пар чисел (x1,y1), (x2,y2), … , (xn,yn) (каждая пара чисел наблюдалась только по одному разу). Тогда искомое уравнение прямой линии регрессии Y на Х будет иметь вид:
, | (2.3) |
где - выборочный коэффициент регрессии Y на Х.
Уравнение (2.3) называют выборочным уравнением прямой линии регрессии Y на Х. Будем находить параметры и b уравнения (2.3), основываясь на методе наименьших квадратов, т.е. такими, чтобы сумма квадратов отклонений опытных значений yi от значений (i=1,2, … , n), вычисленных по уравнению (2.3), была минимальной:
Метод наименьших квадратов описан в разделе 2.3.
Система нормальных уравнений для определения и b имеет вид :
(2.4) |
Решив эту систему, найдём искомые параметры:
; | (2.5) | |
. | (2.6) |
Аналогично можно найти выборочное уравнение прямой линии регрессии X на Y:
Х=, | (2.7) |
где - выборочный коэффициент регрессии Х на Y.
Для характеристики силы линейной корреляционной связи между величинами Х и Y по опытным данным находим выборочный коэффициент корреляции :
, | (2.8) |
где
SX, SY – выборочные средние квадратические отклонения:
. | (2.9) |
Для практического использования более удобным являются формулы:
; | (2.10) | |
; | (2.11) | |
. | (2.12) |
Проверка значимости коэффициента корреляции изложена выше.
Пример 2.2. Термодинамические характеристики гидратации ионов в растворе – энтальпия и энтропия для ряда ионов имеют значения, представленные в табл. 2.3 (Y=; Х=). Найти зависимость энтальпии Y от энтропии Х и вычислить выборочный коэффициент корреляции.
Решение. Представим в табл.2.3, кроме исходных данных, результаты вычислений коэффициентов системы (2.4). Подставим из табл.2.3 вычисленные суммы в (2.5) и (2.6) найдём значения и b = 260,58. Следовательно, искомое уравнение регрессии Y на Х будет иметь вид: Y=10,96Х + 260,58.
Выборочный коэффициент корреляции найдём по формуле (2.8), предварительно вычислив по формулам (2.10 –2.12):
Коэффициент корреляции значимый, т.к. произведение H =½r½= 0.88= 2.64 больше табличного для уровня значимости 0.95 (Hтабл=1.90).
Таблица 2.3
Исходные данные и результаты вычислений коэффициентов системы (2.4)
I | Ион | Хi кДж /(моль ∙К) | Yi кДж/моль | |||
1 | Ва2+ | -134 | -1329 | 17956 | 1766241 | 178086 |
2 | Be2+ | -239 | -2516 | 57121 | 6330256 | 601324 |
3 | Ca2+ | -184 | -1613 | 33856 | 2601769 | 296792 |
4 | Co2+ | -258 | -2041 | 66564 | 4165681 | 526578 |
5 | Cr3+ | -422 | -4618 | 178084 | 21325924 | 1948796 |
6 | Fe3+ | -418 | -4476 | 174724 | 20034576 | 1870968 |
7 | In3+ | -394 | -4194 | 155236 | 17589636 | 1652436 |
8 | La3+ | -364 | -3328 | 132496 | 11075584 | 1211392 |
9 | Pb2+ | -130 | -1516 | 16900 | 2298256 | 197080 |
10 | Sr2+ | -171 | -1503 | 29241 | 2259009 | 257013 |
S | -2714 | -27134 |
Таким образом, можно считать достаточно тесной линейную зависимость энтальпии и энтропии для любых ионов, т.к. это подтвердилось для десяти различных ионов.
По аналогии с примером 2.2 в курсовой работе необходимо исследовать наличие линейной связи между двумя физическими свойствами из приведенных в задании ко второй части курсовой работы (например, Хi=ρi; Yi=μi или Хi=μi; Yi=Срi).