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数学建模模型优缺点,数学建模中常见的数学模型

时间:2023-05-06 07:30:04 阅读:106159 作者:2969

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回归模型的引入

由于客观事物内部规律的复杂性和人们认识程度的限制,无法分析实际对象内在的因果关系,建立符合机理规律的数学模型。 因此,在无法通过机理分析建立数学模型的情况下,通常采取采集大量数据的方法,在数据统计分析的基础上建立模型,其中用途最广的随机模型是统计回归模型。

回归模型确定的变量之间是相关的,在大量的观察下具有一定的规律性,可以用函数关系式表示。 这种函数称为回归函数或回归方程。

回归模型的分类

用回归模型解题的步骤

回归模型的解题步骤主要包括两部分:一是确定回归模型属于其基本类型,通过计算得到回归方程的表达式;二是对回归模型进行显著性检验。

)根据试验数据绘制散点图;

确定经验公式的函数类型

最小二乘法正则方程

求解方程,得到回归方程的表达式。

)相关系数检验,线性相关程度大小检验;

F检验法(这两种检验方法可以任意选择);

残差分析;

对多元回归分析进行因素主排序;

如果检验结果显示该模型显著性差,则需要选择其他回归模型。

模型的转化

非线性的回归模型可以通过线性变换转化为线性方程来求解。 例如

函数式:线性变换:可以通过变换为一元线性方程求解,对多元也可以进行同样的变换。

举例

例1 )多元线性回归模型)了解某湖泊8年湖水COD浓度实测值(y )和影响因子湖区工业总产值(x1 )、总人口数(x2 )、渔获量(x3 )、降水量(x4 )资料,建立污染物y水质分析模型。

%输入数据x1=[ 1.376,1.375,1.387,1.401,1.412,1.428,1.445,1.477 ] x2=[ 0.450,0.475,0.485,0.500,0.535,0 0.5346、0.9589、1.0239、1.0499、1.1065、1.1387]y=[5] 6.95 ) x=[ ones (8,1 )、x1 ) x2 ) x3 ) x4 ] [ b,bint

也就是说:

观察表可知,R2表示决定系数(r为相关系数),其值接近1,该方程式呈高度线性相关。

argin-left:0cm;">F检验值为80.9530远大于,可见,检验结果是显著的。

 

例2(非线性回归模型)非线性回归模型可由命令nlinfit来实现,调用格式为

[beta,r,j] = nlinfit(x,y,'model’,beta0)

其中,输人数据x,y分别为n×m矩阵和n维列向量,对一元非线性回归,x为n维列向量model是事先用 m-文件定义的非线性函数,beta0是回归系数的初值, beta是估计出的回归系数,r是残差,j是Jacobian矩阵,它们是估计预测误差需要的数据。

  预测和预测误差估计用命令

[y,delta] = nlpredci(’model’,x,beta,r,j)

 如:对实例1中COD浓度实测值(y),建立时序预测模型,这里选用logistic模型。即

                         

matlab步骤如下:

 (1)对所要拟合的非线性模型建立的m-文件mode1.m如下:

  function yhat=model(beta,t)  yhat=beta(1)./(1+beta(2)*exp(-beta(3)*t))

  (2)输人数据

  t=1:8  load data y(在data.mat中取出数据y)  beta0=[50,10,1]’

  (3)求回归系数

  [beta,r,j]=nlinfit(t’,y’,’model’,beta0)

  得结果:

  beta=(56.1157,10.4006,0.0445)’

  即

                              

  (4)预测及作图   

[yy,delta] = nlprodei(’model’,t’,beta,r,j);plot(t,y,’k+’,t,yy,’r’)

    3.逐步回归

    逐步回归的命令是stepwise,它提供了一个交互式画面,通过此工具可以自由地选择变量,进行统计分析。调用格式为:

    stepwise(x,y,inmodel,alpha)

    其中x是自变量数据,y是因变量数据,分别为n×m和n×l矩阵,inmodel是矩阵的列数指标(缺省时为全部自变量),alpha,为显著性水平(缺省时为0.5)

    结果产生三个图形窗口,在stepwise plot窗口,虚线表示该变量的拟合系数与0无显著差异,实线表示有显著差异,红色线表示从模型中移去的变量;绿色线表明存在模型中的变量,点击一条会改变其状态。在stepwise Table窗口中列出一个统计表,包括回归系数及其置信区间,以及模型的统计量剩余标准差(RMSE),相关系数 (R-square),F值和P值。

 

 

 

 

 

 

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