В сегодняшней статье речь пойдет о том, как переменные могут быть связаны друг с другом. С помощью корреляции мы сможем определить, существует ли связь между первой и второй переменной. Надеюсь, это занятие покажется вам не менее увлекательным, чем предыдущие!

Корреляция измеряет мощность и направление связи между x и y. На рисунке представлены различные типы корреляции в виде графиков рассеяния упорядоченных пар (x, y). По традиции переменная х размещается на горизонтальной оси, а y - на вертикальной.

График А являет собой пример положительной линейной корреляции: при увеличении х также увеличивается у, причем линейно. График В показывает нам пример отрицательной линейной корреляции, на котором при увеличении х у линейно уменьшается. На графике С мы видим отсутствие корреляции между х и у. Эти переменные никоим образом не влияют друг на друга.

Наконец, график D - это пример нелинейных отношений между переменными. По мере увеличения х у сначала уменьшается, потом меняет направление и увеличивается.

Оставшаяся часть статьи посвящена линейным взаимосвязям между зависимой и независимой переменными.

Коэффициент корреляции

Коэффициент корреляции, r, предоставляет нам как силу, так и направление связи между независимой и зависимой переменными. Значения r находятся в диапазоне между — 1.0 и + 1.0. Когда r имеет положительное значение, связь между х и у является положительной (график A на рисунке), а когда значение r отрицательно, связь также отрицательна (график В). Коэффициент корреляции, близкий к нулевому значению, свидетельствует о том, что между х и у связи не существует график С).

Сила связи между х и у определяется близостью коэффициента корреляции к - 1.0 или +- 1.0. Изучите следующий рисунок.

График A показывает идеальную положительную корреляцию между х и у при r = + 1.0. График В - идеальная отрицательная корреляция между х и у при r = — 1.0. Графики С и D - примеры более слабых связей между зависимой и независимой переменными.

Коэффициент корреляции, r, определяет, как силу, так и направление связи между зависимой и независимой переменными. Значения r находятся в диапазоне от — 1.0 (сильная отрицательная связь) до + 1.0 (сильная положительная связь). При r= 0 между переменными х и у нет никакой связи.

Мы можем вычислить фактический коэффициент корреляции с помощью следующего уравнения:

Ну и ну! Я знаю, что выглядит это уравнение как страшное нагромождение непонятных символов, но прежде чем ударяться в панику, давайте применим к нему пример с экзаменационной оценкой. Допустим, я хочу определить, существует ли связь между количеством часов, посвященных студентом изучению статистики, и финальной экзаменационной оценкой. Таблица, представленная ниже, поможет нам разбить это уравнение на несколько несложных вычислений и сделать их более управляемыми.

Как видите, между числом часов, посвященных изучению предмета, и экзаменационной оценкой существует весьма сильная положительная корреляция. Преподаватели будут весьма рады узнать об этом.

Какова выгода устанавливать связь между подобными переменными? Отличный вопрос. Если обнаруживается, что связь существует, мы можем предугадать экзаменационные результаты на основе определенного количества часов, посвященных изучению предмета. Проще говоря, чем сильнее связь, тем точнее будет наше предсказание.

Использование Excel для вычисления коэффициентов корреляции

Я уверен, что, взглянув на эти ужасные вычисления коэффициентов корреляции, вы испытаете истинную радость, узнав, что программа Excel может выполнить за вас всю эту работу с помощью функции КОРРЕЛ со следующими характеристиками:

КОРРЕЛ (массив 1; массив 2),

массив 1 = диапазон данных для первой переменной,

массив 2 = диапазон данных для второй переменной.

Например, на рисунке показана функция КОРРЕЛ, используемая при вычислении коэффициента корреляции для примера с экзаменационной оценкой.

Коэффициент корреляции используется в том случае, когда нужно определить значение зависимости между значениями. Позже эти данные задают в одной таблице которая определяется как матрица корреляции. С помощью программы Microsoft Excel можно сделать расчёт корреляции.

Коэффициент корреляции определяется некоторыми данными. Если уровень показателя составляет от 0 до 0.3, то в таком случае связи нет. Если показатель составляет от 0.3 до 0.5 - это слабая связь. Если показатель доходит до 0.7, то связь средняя. Высокой можно назвать когда показатель достигает отметки 0.7-0.9. Если показатель составляет 1 - это наиболее сильная связь.

Первым делом нужно подключить пакет анализа данных. Без его активации дальнейшие действия нельзя провести. Подключить его можно открыв раздел "Главная" и в меню выбрать "Параметры".


Далее откроется новое окно. В нём нужно выбрать "Надстройки" и в поле управления параметрами выбрать среди элементов списка "Надстройки Excel"
После запуска окна параметров посредством его левого вертикального меню переходим в раздел «Надстройки». После этого нажимаем "Перейти".

После этих действий можно начать работу. Создана таблица с данными и на её примере сделаем нахождение множественного коэффициента корреляции.
Для начала откроем раздел "Данные" и среди инструментария выбираем "Анализ данных".

Откроется специальное окно с инструментами для анализа. Выбираем "Корреляция" и подтверждаем действие.

Перед пользователем появится новое окно с параметрами. Как входной интервал задается диапазон значений в таблице. Задать можно как в ручную так и выделив данные, которые будут отображены в специальном поле. Также можно разгруппировать элементы таблицы. Вывод сделаем на текущей странице, а значит в настройках параметра вывода выбираем "Выходной интервал". После этого подтверждаем действие.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ В EXCEL

1.1 Корреляционный анализ в MS Excel

Корреляционный анализ состоит в определении степени связи между двумя слу­чайными величинами X и Y. В качестве меры такой связи используется коэффи­циент корреляции. Коэффициент корреляции оценивается по выборке объема п связанных пар наблюдений (x i , y i) из совместной генеральной совокупности X и Y. Для оценки степени взаимосвязи величин X и Y, измеренных в количественных шкалах, используетсякоэффи­циент линейной корреляции (коэффициент Пирсона), предполагающий, что выборки X и Y распределены по нормальному закону.

Коэффициент корреляции изменяется от -1 (строгая обратная линейная зависимость) до 1 (строгая прямая пропорцио­нальная зависимость). При значении 0 линейной зависимости между двумя вы­борками нет.

Общая классификация корреляционных связей (по Ивантер Э.В., Коросову А.В., 1992):

Существует несколько типов коэффициентов корреляции, что зависит от переменных Х иY, которые могут быть измерены в разных шкалах. Именно этот факт и определяет выбор соответствующего коэффициента корреляции (см. табл. 13):

В MS Excel для вычисления парных коэффициентов линейной корреляции используется специальная функция КОРРЕЛ (массив1; массив2),

№ испытуемых

где массив1 – ссылка на диапазон ячеек первой выборки (X);

Пример 1: 10 школьникам были даны тесты на наглядно-образное и вербальное мышление. Измерялось среднее время решения заданий теста в секундах. Исследователя интересует вопрос: существует ли вза­имосвязь между временем решения этих задач? Переменная X - обозначает среднее время реше­ния наглядно-образных, а переменная Y- сред­нее время решения вербальных заданий тестов.

Решение: Для выявления степени взаимосвязи, прежде всего, необходимо ввести данные в таблицу MS Excel (см. табл., рис. 1). Затем вычисляется значение коэффициента корреляции. Для этого курсор установите в ячейку C1. На панели инструментов нажмите кнопку Вставка функции (fx).

В появившемся диалоговом окне Мастер функций выберите ка­тегорию Статистические и функциюКОРРЕЛ , после чего нажмите кнопку ОК. Указателем мыши введите диапазон дан­ных выборки Х в поле массив1 (А1:А10). В поле массив2 введите диапазон данных выборки У (В1:В10). Нажмите кнопку ОК. В ячейке С1 появится значение коэффициента кор­реляции - 0,54119. Далее необходимо посмотреть на абсолютное число коэффициента корреляции и определить тип связи (тесная, слабая, средняя и т.д.)

Рис. 1. Результаты вычисления коэффициента корреляции

Таким образом, связь между временем решения наглядно-образных и вербальных заданий теста не доказана.

Задание 1. Имеются данные по 20 сельскохозяйственным хозяйствам. Найтикоэффициент корреляции между величинами урожайности зерновых культур и качеством земли и оценить его значимость. Данные приведены в таблице.

Таблица 2. Зависимость урожайности зерновых культур от качества земли

Номер хозяйства

Качество земли, балл

Урожайность, ц/га


Задание 2. Определите, имеется ли связь между временем работы спортивного тренажера для фитнеса (тыс. часов) и стоимость его ремонта (тыс. руб.):

Время работа тренажера (тыс. часов)

Стоимость ремонта (тыс. руб.)

1.2 Множественная корреляция в MS Excel

При большом числе наблюдений, когда коэффициенты корреляции необходимо последовательно вычислять для нескольких выборок, для удобства полу­чаемые коэффициенты сводят в таблицы, называемые корреляционными матрицами .

Корреляционная матрица - это квадратная таблица, в кото­рой на пересечении соответствующих строк и столбцов находятся коэффициент корреляции между соответствующими параметрами.

В MS Excel для вычисления корреляционных матриц используется процедура Кор­реляция из пакета Анализ данных. Процедура позволяет получить корреляционную матрицу, содержащую коэффициенты корреляции между различными параметрами.

Для реализации процедуры необходимо:

1. выполнить команду Сервис - Анализ данных ;

2. в появившемся списке Инструменты анализа выбрать строку Корреляция и нажать кнопку ОК ;

3. в появившемся диалоговом окне указать Входной интервал , то есть ввести ссыл­ку на ячейки, содержащие анализируемые данные. Входной интервал должен содержать не менее двух столбцов.

4. в разделе Группировка переключатель установить в соответствии с введенными данными (по столбцам или по строкам);

5. указать выходной интервал , то есть ввести ссылку на ячейку, начиная с которой будут показаны результаты анализа. Размер выходного диапазона будет определен автоматически, и на экран будет выведено сообщение в случае возможного наложения выходного диапазона на исходные данные. Нажать кнопку ОК .

В выходной диапазон будет выведена корреляционная мат­рица, в которой на пересечении каждых строки и столбца находится коэффи­циент корреляции между соответствующими параметрами. Ячейки выходного диапазона, имеющие совпадающие координаты строк и столбцов, содержат зна­чение 1, так как каждый столбец во входном диапазоне полностью коррелирует сам с собой

Пример 2. Имеются ежемесячные данные наблюдений за состоянием погоды и посещаемостью музеев и парков (см. табл. 3). Необходимо определить, существует ли взаимосвязь между состоянием погоды и посещаемостью музеев и парков.

Таблица 3. Результаты наблюдений

Число ясных дней

Количество посетителей музея

Количество посетителей парка

Решение . Для выполнения корреляционного анализа введите в диапазон A1:G3 исходные данные (рис. 2). Затем в меню Сервис выберите пункт Анализ данных и далее укажите строку Корреляция . В появившемся диалоговом окне укажите Входной интервал (А2:С7). Укажите, что данные рассматриваются по столбцам. Укажите выходной диапазон (Е1) и нажмите кнопку ОК .

На рис. 33 видно, что корреляция между со­стоянием погоды и посещаемостью музея равна -0,92, а между состоянием по­годы и посещаемостью парка - 0,97, между посещаемостью парка и музея - 0,92.

Таким образом, в результате анализа выявлены зависимости: сильная степень об­ратной линейной взаимосвязи между посещаемостью музея и количеством сол­нечных дней и практически линейная (очень сильная прямая) связь между посещаемостью парка и состоянием погоды. Между посещаемостью музея и парка имеется сильная обратная взаимосвязь.

Рис. 2. Результаты вычисления корреляционной матрицы из примера 2

Задание 3 . 10 менеджеров оценивались по методике экспертных оценок психологических характеристик личности руководителя. 15 экспертов производили оценку каждой психологической характеристики по пятибальной системе (см. табл. 4). Психолога интересует вопрос, в какой взаимосвязи находятся эти характеристики руководителя между собой.

Таблица 4. Результаты исследования

Испытуемые п/п

тактичность

требовательность

критичность

Корреляционный анализ – популярный метод статистического исследования, который используется для выявления степени зависимости одного показателя от другого. В Microsoft Excel имеется специальный инструмент, предназначенный для выполнения этого типа анализа. Давайте выясним, как пользоваться данной функцией.

Суть корреляционного анализа

Предназначение корреляционного анализа сводится к выявлению наличия зависимости между различными факторами. То есть, определяется, влияет ли уменьшение или увеличение одного показателя на изменение другого.

Если зависимость установлена, то определяется коэффициент корреляции. В отличие от регрессионного анализа, это единственный показатель, который рассчитывает данный метод статистического исследования. Коэффициент корреляции варьируется в диапазоне от +1 до -1. При наличии положительной корреляции увеличение одного показателя способствует увеличению второго. При отрицательной корреляции увеличение одного показателя влечет за собой уменьшение другого. Чем больше модуль коэффициента корреляции, тем заметнее изменение одного показателя отражается на изменении второго. При коэффициенте равном 0 зависимость между ними отсутствует полностью.

Расчет коэффициента корреляции

Теперь давайте попробуем посчитать коэффициент корреляции на конкретном примере. Имеем таблицу, в которой помесячно расписана в отдельных колонках затрата на рекламу и величина продаж. Нам предстоит выяснить степень зависимости количества продаж от суммы денежных средств, которая была потрачена на рекламу.

Способ 1: определение корреляции через Мастер функций

Одним из способов, с помощью которого можно провести корреляционный анализ, является использование функции КОРРЕЛ. Сама функция имеет общий вид КОРРЕЛ(массив1;массив2).

  1. Выделяем ячейку, в которой должен выводиться результат расчета. Кликаем по кнопке «Вставить функцию», которая размещается слева от строки формул.
  2. В списке, который представлен в окне Мастера функций, ищем и выделяем функцию КОРРЕЛ. Жмем на кнопку «OK».
  3. Открывается окно аргументов функции. В поле «Массив1» вводим координаты диапазона ячеек одного из значений, зависимость которого следует определить. В нашем случае это будут значения в колонке «Величина продаж». Для того, чтобы внести адрес массива в поле, просто выделяем все ячейки с данными в вышеуказанном столбце.

    В поле «Массив2» нужно внести координаты второго столбца. У нас это затраты на рекламу. Точно так же, как и в предыдущем случае, заносим данные в поле.

    Жмем на кнопку «OK».

Как видим, коэффициент корреляции в виде числа появляется в заранее выбранной нами ячейке. В данном случае он равен 0,97, что является очень высоким признаком зависимости одной величины от другой.

Способ 2: вычисление корреляции с помощью пакета анализа

Кроме того, корреляцию можно вычислить с помощью одного из инструментов, который представлен в пакете анализа. Но прежде нам нужно этот инструмент активировать.

  1. Переходим во вкладку «Файл».
  2. В открывшемся окне перемещаемся в раздел «Параметры».
  3. Далее переходим в пункт «Надстройки».
  4. В нижней части следующего окна в разделе «Управление» переставляем переключатель в позицию «Надстройки Excel», если он находится в другом положении. Жмем на кнопку «OK».
  5. В окне надстроек устанавливаем галочку около пункта «Пакет анализа». Жмем на кнопку «OK».
  6. После этого пакет анализа активирован. Переходим во вкладку «Данные». Как видим, тут на ленте появляется новый блок инструментов – «Анализ». Жмем на кнопку «Анализ данных», которая расположена в нем.
  7. Открывается список с различными вариантами анализа данных. Выбираем пункт «Корреляция». Кликаем по кнопке «OK».
  8. Открывается окно с параметрами корреляционного анализа. В отличие от предыдущего способа, в поле «Входной интервал» мы вводим интервал не каждого столбца отдельно, а всех столбцов, которые участвуют в анализе. В нашем случае это данные в столбцах «Затраты на рекламу» и «Величина продаж».

    Параметр «Группирование» оставляем без изменений – «По столбцам», так как у нас группы данных разбиты именно на два столбца. Если бы они были разбиты построчно, то тогда следовало бы переставить переключатель в позицию «По строкам».

    В параметрах вывода по умолчанию установлен пункт «Новый рабочий лист», то есть, данные будут выводиться на другом листе. Можно изменить место, переставив переключатель. Это может быть текущий лист (тогда вы должны будете указать координаты ячеек вывода информации) или новая рабочая книга (файл).

    Когда все настройки установлены, жмем на кнопку «OK».

Так как место вывода результатов анализа было оставлено по умолчанию, мы перемещаемся на новый лист. Как видим, тут указан коэффициент корреляции. Естественно, он тот же, что и при использовании первого способа – 0,97. Это объясняется тем, что оба варианта выполняют одни и те же вычисления, просто произвести их можно разными способами.

Как видим, приложение Эксель предлагает сразу два способа корреляционного анализа. Результат вычислений, если вы все сделаете правильно, будет полностью идентичным. Но, каждый пользователь может выбрать более удобный для него вариант осуществления расчета.

Мы рады, что смогли помочь Вам в решении проблемы.

Задайте свой вопрос в комментариях, подробно расписав суть проблемы. Наши специалисты постараются ответить максимально быстро.

Помогла ли вам эта статья?

Регрессионный и корреляционный анализ – статистические методы исследования. Это наиболее распространенные способы показать зависимость какого-либо параметра от одной или нескольких независимых переменных.

Ниже на конкретных практических примерах рассмотрим эти два очень популярные в среде экономистов анализа. А также приведем пример получения результатов при их объединении.

Регрессионный анализ в Excel

Показывает влияние одних значений (самостоятельных, независимых) на зависимую переменную. К примеру, как зависит количество экономически активного населения от числа предприятий, величины заработной платы и др. параметров. Или: как влияют иностранные инвестиции, цены на энергоресурсы и др. на уровень ВВП.

Результат анализа позволяет выделять приоритеты. И основываясь на главных факторах, прогнозировать, планировать развитие приоритетных направлений, принимать управленческие решения.

Регрессия бывает:

  • линейной (у = а + bx);
  • параболической (y = a + bx + cx2);
  • экспоненциальной (y = a * exp(bx));
  • степенной (y = a*x^b);
  • гиперболической (y = b/x + a);
  • логарифмической (y = b * 1n(x) + a);
  • показательной (y = a * b^x).

Рассмотрим на примере построение регрессионной модели в Excel и интерпретацию результатов. Возьмем линейный тип регрессии.

Задача. На 6 предприятиях была проанализирована среднемесячная заработная плата и количество уволившихся сотрудников. Необходимо определить зависимость числа уволившихся сотрудников от средней зарплаты.

Модель линейной регрессии имеет следующий вид:

У = а0 + а1х1 +…+акхк.

Где а – коэффициенты регрессии, х – влияющие переменные, к – число факторов.

В нашем примере в качестве У выступает показатель уволившихся работников. Влияющий фактор – заработная плата (х).

В Excel существуют встроенные функции, с помощью которых можно рассчитать параметры модели линейной регрессии. Но быстрее это сделает надстройка «Пакет анализа».

Активируем мощный аналитический инструмент:

  1. Нажимаем кнопку «Офис» и переходим на вкладку «Параметры Excel». «Надстройки».
  2. Внизу, под выпадающим списком, в поле «Управление» будет надпись «Надстройки Excel» (если ее нет, нажмите на флажок справа и выберите). И кнопка «Перейти». Жмем.
  3. Открывается список доступных надстроек. Выбираем «Пакет анализа» и нажимаем ОК.

После активации надстройка будет доступна на вкладке «Данные».

Теперь займемся непосредственно регрессионным анализом.

  1. Открываем меню инструмента «Анализ данных». Выбираем «Регрессия».
  2. Откроется меню для выбора входных значений и параметров вывода (где отобразить результат). В полях для исходных данных указываем диапазон описываемого параметра (У) и влияющего на него фактора (Х). Остальное можно и не заполнять.
  3. После нажатия ОК, программа отобразит расчеты на новом листе (можно выбрать интервал для отображения на текущем листе или назначить вывод в новую книгу).

В первую очередь обращаем внимание на R-квадрат и коэффициенты.

R-квадрат – коэффициент детерминации. В нашем примере – 0,755, или 75,5%. Это означает, что расчетные параметры модели на 75,5% объясняют зависимость между изучаемыми параметрами. Чем выше коэффициент детерминации, тем качественнее модель. Хорошо – выше 0,8. Плохо – меньше 0,5 (такой анализ вряд ли можно считать резонным). В нашем примере – «неплохо».

Коэффициент 64,1428 показывает, каким будет Y, если все переменные в рассматриваемой модели будут равны 0. То есть на значение анализируемого параметра влияют и другие факторы, не описанные в модели.

Коэффициент -0,16285 показывает весомость переменной Х на Y. То есть среднемесячная заработная плата в пределах данной модели влияет на количество уволившихся с весом -0,16285 (это небольшая степень влияния). Знак «-» указывает на отрицательное влияние: чем больше зарплата, тем меньше уволившихся. Что справедливо.

Корреляционный анализ в Excel

Корреляционный анализ помогает установить, есть ли между показателями в одной или двух выборках связь. Например, между временем работы станка и стоимостью ремонта, ценой техники и продолжительностью эксплуатации, ростом и весом детей и т.д.

Если связь имеется, то влечет ли увеличение одного параметра повышение (положительная корреляция) либо уменьшение (отрицательная) другого. Корреляционный анализ помогает аналитику определиться, можно ли по величине одного показателя предсказать возможное значение другого.

Коэффициент корреляции обозначается r. Варьируется в пределах от +1 до -1. Классификация корреляционных связей для разных сфер будет отличаться. При значении коэффициента 0 линейной зависимости между выборками не существует.

Рассмотрим, как с помощью средств Excel найти коэффициент корреляции.

Для нахождения парных коэффициентов применяется функция КОРРЕЛ.

Задача: Определить, есть ли взаимосвязь между временем работы токарного станка и стоимостью его обслуживания.

Ставим курсор в любую ячейку и нажимаем кнопку fx.

  1. В категории «Статистические» выбираем функцию КОРРЕЛ.
  2. Аргумент «Массив 1» - первый диапазон значений – время работы станка: А2:А14.
  3. Аргумент «Массив 2» - второй диапазон значений – стоимость ремонта: В2:В14. Жмем ОК.

Чтобы определить тип связи, нужно посмотреть абсолютное число коэффициента (для каждой сферы деятельности есть своя шкала).

Для корреляционного анализа нескольких параметров (более 2) удобнее применять «Анализ данных» (надстройка «Пакет анализа»). В списке нужно выбрать корреляцию и обозначить массив. Все.

Полученные коэффициенты отобразятся в корреляционной матрице. Наподобие такой:

Корреляционно-регрессионный анализ

На практике эти две методики часто применяются вместе.

  1. Строим корреляционное поле: «Вставка» - «Диаграмма» - «Точечная диаграмма» (дает сравнивать пары). Диапазон значений – все числовые данные таблицы.
  2. Щелкаем левой кнопкой мыши по любой точке на диаграмме. Потом правой. В открывшемся меню выбираем «Добавить линию тренда».
  3. Назначаем параметры для линии. Тип – «Линейная». Внизу – «Показать уравнение на диаграмме».
  4. Жмем «Закрыть».

Теперь стали видны и данные регрессионного анализа.

1.Открыть программу Excel

2.Создать столбцы с данными. В нашем примере мы будем считать взаимосвязь, или корреляцию, между агрессивностью и неуверенностью в себе у детей-первоклассников. В эксперименте участвовали 30 детей, данные представлены в таблице эксель:

1 столбик - № испытуемого

2 столбик - агрессивность в баллах

3 столбик - неуверенность в себе в баллах

3.Затем необходимо выбрать пустую ячейку рядом с таблицей и нажать на значок f(x) в панели Excel

4.Откроется меню функций, среди категорий необходимо выбрать Статистические , а затем среди списка функций по алфавиту найти КОРРЕЛ и нажать ОК

5.Затем откроется меню аргументов функции, которое позволит выбрать нужные нам столбики с данными. Для выбора первого столбика Агрессивность нужно нажать на синюю кнопочку у строки Массив1

6.Выберем данные для Массива1 из столбика Агрессивность и нажмем на синюю кнопочку в диалоговом окне

7. Затем аналогично Массиву 1 нажмём на синюю кнопочку у строки Массив2

8.Выберем данные для Массива2 - столбик Неуверенность в себе и опять нажмем синюю кнопку, затем ОК

9.Вот, коэффициент корреляции r-Пирсона посчитан и записан в выбранной ячейке.В нашем случае он положительный и приблизительно равен. Это говорит об умеренной положительной связи между агрессивностью и неуверенностью в себе у детей-первоклассников

Таким образом, статистическим выводом эксперимента будет: r = 0,225, выявлена умеренная положительная взаимосвязь между переменными агрессивность и неуверенность в себе.

В некоторых исследованиях требуется указывать р-уровень значимости коэффициента корреляции, однако программа Excel, в отличие от SPSS, не предоставляет такой возможности. Ничего страшного, есть таблицы критических значений корреляций (А.Д. Наследов).

Также Вы можете построить в эксель линию регрессии и приложить её к результатам исследования.

Заметьте! Решение вашей конкретной задачи будет выглядеть аналогично данному примеру, включая все таблицы и поясняющие тексты, представленные ниже, но с учетом ваших исходных данных…

Задача:
Имеется связанная выборка из 26 пар значений (х k ,y k ):

k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
x k 25.20000 26.40000 26.00000 25.80000 24.90000 25.70000 25.70000 25.70000 26.10000 25.80000
y k 30.80000 29.40000 30.20000 30.50000 31.40000 30.30000 30.40000 30.50000 29.90000 30.40000

k 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
x k 25.90000 26.20000 25.60000 25.40000 26.60000 26.20000 26.00000 22.10000 25.90000 25.80000
y k 30.30000 30.50000 30.60000 31.00000 29.60000 30.40000 30.70000 31.60000 30.50000 30.60000

k 21 22 23 24 25 26
x k 25.90000 26.30000 26.10000 26.00000 26.40000 25.80000
y k 30.70000 30.10000 30.60000 30.50000 30.70000 30.80000

Требуется вычислить/построить:
- коэффициент корреляции;
- проверить гипотезу зависимости случайных величин X и Y, при уровне значимости α = 0.05 ;
- коэффициенты уравнения линейной регрессии;
- диаграмму рассеяния (корреляционное поле) и график линии регрессии;

РЕШЕНИЕ:

1. Вычисляем коэффициент корреляции.

Коэффициент корреляции - это показатель взаимного вероятностного влияния двух случайных величин. Коэффициент корреляции R может принимать значения от -1 до +1 . Если абсолютное значение находится ближе к 1 , то это свидетельство сильной связи между величинами, а если ближе к 0 - то, это говорит о слабой связи или ее отсутствии. Если абсолютное значение R равно единице, то можно говорить о функциональной связи между величинами, то есть одну величину можно выразить через другую посредством математической функции.


Вычислить коэффициент корреляции можно по следующим формулам:
n
Σ
k = 1
(x k -M x) 2 , σ y 2 =
M x =
1
n
n
Σ
k = 1
x k , M y =

или по формуле

R x,y =
M xy - M x M y
S x S y
(1.4), где:
M x =
1
n
n
Σ
k = 1
x k , M y =
1
n
n
Σ
k = 1
y k , M xy =
1
n
n
Σ
k = 1
x k y k (1.5)
S x 2 =
1
n
n
Σ
k = 1
x k 2 - M x 2 , S y 2 =
1
n
n
Σ
k = 1
y k 2 - M y 2 (1.6)

На практике, для вычисления коэффициента корреляции чаще используется формула (1.4) т.к. она требует меньше вычислений. Однако если предварительно была вычислена ковариация cov(X,Y) , то выгоднее использовать формулу (1.1), т.к. кроме собственно значения ковариации можно воспользоваться и результатами промежуточных вычислений.

1.1 Вычислим коэффициент корреляции по формуле (1.4) , для этого вычислим значения x k 2 , y k 2 и x k y k и занесем их в таблицу 1.

Таблица 1


k 		x k y k х k 2 y k 2 х k y k
1 2 3 4 5 6
1 25.2 30.8 635.04000 948.64000 776.16000
2 26.4 29.4 696.96000 864.36000 776.16000
3 26.0 30.2 676.00000 912.04000 785.20000
4 25.8 30.5 665.64000 930.25000 786.90000
5 24.9 31.4 620.01000 985.96000 781.86000
6 25.7 30.3 660.49000 918.09000 778.71000
7 25.7 30.4 660.49000 924.16000 781.28000
8 25.7 30.5 660.49000 930.25000 783.85000
9 26.1 29.9 681.21000 894.01000 780.39000
10 25.8 30.4 665.64000 924.16000 784.32000
11 25.9 30.3 670.81000 918.09000 784.77000
12 26.2 30.5 686.44000 930.25000 799.10000
13 25.6 30.6 655.36000 936.36000 783.36000
14 25.4 31 645.16000 961.00000 787.40000
15 26.6 29.6 707.56000 876.16000 787.36000
16 26.2 30.4 686.44000 924.16000 796.48000
17 26 30.7 676.00000 942.49000 798.20000
18 22.1 31.6 488.41000 998.56000 698.36000
19 25.9 30.5 670.81000 930.25000 789.95000
20 25.8 30.6 665.64000 936.36000 789.48000
21 25.9 30.7 670.81000 942.49000 795.13000
22 26.3 30.1 691.69000 906.01000 791.63000
23 26.1 30.6 681.21000 936.36000 798.66000
24 26 30.5 676.00000 930.25000 793.00000
25 26.4 30.7 696.96000 942.49000 810.48000
26 25.8 30.8 665.64000 948.64000 794.64000


1.2. Вычислим M x по формуле (1.5) .

1.2.1. x k

x 1 + x 2 + … + x 26 = 25.20000 + 26.40000 + ... + 25.80000 = 669.500000

1.2.2.

669.50000 / 26 = 25.75000

M x = 25.750000

1.3. Аналогичным образом вычислим M y .

1.3.1. Сложим последовательно все элементы y k

y 1 + y 2 + … + y 26 = 30.80000 + 29.40000 + ... + 30.80000 = 793.000000

1.3.2. Разделим полученную сумму на число элементов выборки

793.00000 / 26 = 30.50000

M y = 30.500000

1.4. Аналогичным образом вычислим M xy .

1.4.1. Сложим последовательно все элементы 6-го столбца таблицы 1

776.16000 + 776.16000 + ... + 794.64000 = 20412.830000

1.4.2. Разделим полученную сумму на число элементов

20412.83000 / 26 = 785.10885

M xy = 785.108846

1.5. Вычислим значение S x 2 по формуле (1.6.) .

1.5.1. Сложим последовательно все элементы 4-го столбца таблицы 1

635.04000 + 696.96000 + ... + 665.64000 = 17256.910000

1.5.2. Разделим полученную сумму на число элементов

17256.91000 / 26 = 663.72731

1.5.3. Вычтем из последнего числа квадрат величины M x получим значение для S x 2

S x 2 = 663.72731 - 25.75000 2 = 663.72731 - 663.06250 = 0.66481

1.6. Вычислим значение S y 2 по формуле (1.6.) .

1.6.1. Сложим последовательно все элементы 5-го столбца таблицы 1

948.64000 + 864.36000 + ... + 948.64000 = 24191.840000

1.6.2. Разделим полученную сумму на число элементов

24191.84000 / 26 = 930.45538

1.6.3. Вычтем из последнего числа квадрат величины M y получим значение для S y 2

S y 2 = 930.45538 - 30.50000 2 = 930.45538 - 930.25000 = 0.20538

1.7. Вычислим произведение величин S x 2 и S y 2 .

S x 2 S y 2 = 0.66481 0.20538 = 0.136541

1.8. Извлечем и последнего числа квадратный корень, получим значение S x S y .

S x S y = 0.36951

1.9. Вычислим значение коэффициента корреляции по формуле (1.4.) .

R = (785.10885 - 25.75000 30.50000) / 0.36951 = (785.10885 - 785.37500) / 0.36951 = -0.72028

ОТВЕТ: R x,y = -0.720279

2. Проверяем значимость коэффициента корреляции (проверяем гипотезу зависимости).

Поскольку оценка коэффициента корреляции вычислена на конечной выборке, и поэтому может отклоняться от своего генерального значения, необходимо проверить значимость коэффициента корреляции. Проверка производится с помощью t -критерия:

t =
R x,y
√ n - 2
√ 1 - R 2 x,y
(2.1)

Случайная величина t следует t -распределению Стьюдента и по таблице t -распределения необходимо найти критическое значение критерия (t кр.α) при заданном уровне значимости α . Если вычисленное по формуле (2.1) t по модулю окажется меньше чем t кр.α , то зависимости между случайными величинами X и Y нет. В противном случае, экспериментальные данные не противоречат гипотезе о зависимости случайных величин.


2.1. Вычислим значение t -критерия по формуле (2.1) получим:
t =
-0.72028
√ 26 - 2
√ 1 - (-0.72028) 2
= -5.08680

2.2. Определим по таблице t -распределения критическое значение параметра t кр.α

Искомое значение t кр.α располагается на пересечении строки соответствующей числу степеней свободы и столбца соответствующего заданному уровню значимости α .
В нашем случае число степеней свободы есть n - 2 = 26 - 2 = 24 и α = 0.05 , что соответствует критическому значению критерия t кр.α = 2.064 (см. табл. 2)

Таблица 2 t -распределение

Число степеней свободы
(n - 2) 		α = 0.1 α = 0.05 α = 0.02 α = 0.01 α = 0.002 α = 0.001
1 6.314 12.706 31.821 63.657 318.31 636.62
2 2.920 4.303 6.965 9.925 22.327 31.598
3 2.353 3.182 4.541 5.841 10.214 12.924
4 2.132 2.776 3.747 4.604 7.173 8.610
5 2.015 2.571 3.365 4.032 5.893 6.869
6 1.943 2.447 3.143 3.707 5.208 5.959
7 1.895 2.365 2.998 3.499 4.785 5.408
8 1.860 2.306 2.896 3.355 4.501 5.041
9 1.833 2.262 2.821 3.250 4.297 4.781
10 1.812 2.228 2.764 3.169 4.144 4.587
11 1.796 2.201 2.718 3.106 4.025 4.437
12 1.782 2.179 2.681 3.055 3.930 4.318
13 1.771 2.160 2.650 3.012 3.852 4.221
14 1.761 2.145 2.624 2.977 3.787 4.140
15 1.753 2.131 2.602 2.947 3.733 4.073
16 1.746 2.120 2.583 2.921 3.686 4.015
17 1.740 2.110 2.567 2.898 3.646 3.965
18 1.734 2.101 2.552 2.878 3.610 3.922
19 1.729 2.093 2.539 2.861 3.579 3.883
20 1.725 2.086 2.528 2.845 3.552 3.850
21 1.721 2.080 2.518 2.831 3.527 3.819
22 1.717 2.074 2.508 2.819 3.505 3.792
23 1.714 2.069 2.500 2.807 3.485 3.767
24 1.711 2.064 2.492 2.797 3.467 3.745
25 1.708 2.060 2.485 2.787 3.450 3.725
26 1.706 2.056 2.479 2.779 3.435 3.707
27 1.703 2.052 2.473 2.771 3.421 3.690
28 1.701 2.048 2.467 2.763 3.408 3.674
29 1.699 2.045 2.462 2.756 3.396 3.659
30 1.697 2.042 2.457 2.750 3.385 3.646
40 1.684 2.021 2.423 2.704 3.307 3.551
60 1.671 2.000 2.390 2.660 3.232 3.460
120 1.658 1.980 2.358 2.617 3.160 3.373
∞ 1.645 1.960 2.326 2.576 3.090 3.291


2.2. Сравним абсолютное значение t -критерия и t кр.α

Абсолютное значение t -критерия не меньше критического t = 5.08680, t кр.α = 2.064, следовательно экспериментальные данные, с вероятностью 0.95 (1 - α ), не противоречат гипотезе о зависимости случайных величин X и Y.

3. Вычисляем коэффициенты уравнения линейной регрессии.

Уравнение линейной регрессии представляет собой уравнение прямой, аппроксимирующей (приблизительно описывающей) зависимость между случайными величинами X и Y. Если считать, что величина X свободная, а Y зависимая от Х, то уравнение регрессии запишется следующим образом


Y = a + b X (3.1), где:

b = R x,y
σ y
σ x
= R x,y
S y
S x
(3.2),
a = M y - b M x (3.3)

Рассчитанный по формуле (3.2) коэффициент b называют коэффициентом линейной регрессии. В некоторых источниках a называют постоянным коэффициентом регрессии и b соответственно переменным.

Погрешности предсказания Y по заданному значению X вычисляются по формулам:

Величину σ y/x (формула 3.4) еще называют остаточным средним квадратическим отклонением , оно характеризует уход величины Y от линии регрессии, описываемой уравнением (3.1), при фиксированном (заданном) значении X.

.
S y 2 / S x 2 = 0.20538 / 0.66481 = 0.30894. Извлечем из последнего числа квадратный корень - получим:
S y / S x = 0.55582

3.3 Вычислим коэффициент b по формуле (3.2)

b = -0.72028 0.55582 = -0.40035

3.4 Вычислим коэффициент a по формуле (3.3)

a = 30.50000 - (-0.40035 25.75000) = 40.80894

3.5 Оценим погрешности уравнения регрессии .

3.5.1 Извлечем из S y 2 квадратный корень получим:

= 0.31437
3.5.4 Вычислим относительную погрешность по формуле (3.5)

δ y/x = (0.31437 / 30.50000)100% = 1.03073%

4. Строим диаграмму рассеяния (корреляционное поле) и график линии регрессии.

Диаграмма рассеяния - это графическое изображение соответствующих пар (x k , y k ) в виде точек плоскости, в прямоугольных координатах с осями X и Y. Корреляционное поле является одним из графических представлений связанной (парной) выборки. В той же системе координат строится и график линии регрессии. Следует тщательно выбрать масштабы и начальные точки на осях, чтобы диаграмма была максимально наглядной.

4.1. Находим минимальный и максимальный элемент выборки X это 18-й и 15-й элементы соответственно, x min = 22.10000 и x max = 26.60000.

4.2. Находим минимальный и максимальный элемент выборки Y это 2-й и 18-й элементы соответственно, y min = 29.40000 и y max = 31.60000.

4.3. На оси абсцисс выбираем начальную точку чуть левее точки x 18 = 22.10000, и такой масштаб, чтобы на оси поместилась точка x 15 = 26.60000 и отчетливо различались остальные точки.

4.4. На оси ординат выбираем начальную точку чуть левее точки y 2 = 29.40000, и такой масштаб, чтобы на оси поместилась точка y 18 = 31.60000 и отчетливо различались остальные точки.

4.5. На оси абсцисс размещаем значения x k , а на оси ординат значения y k .

4.6. Наносим точки (x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ),…,(x 26 , y 26 ) на координатную плоскость. Получаем диаграмму рассеяния (корреляционное поле), изображенное на рисунке ниже.

4.7. Начертим линию регрессии.

Для этого найдем две различные точки с координатами (x r1 , y r1) и (x r2 , y r2) удовлетворяющие уравнению (3.6), нанесем их на координатную плоскость и проведем через них прямую. В качестве абсциссы первой точки возьмем значение x min = 22.10000. Подставим значение x min в уравнение (3.6), получим ординату первой точки. Таким образом имеем точку с координатами (22.10000, 31.96127). Аналогичным образом получим координаты второй точки, положив в качестве абсциссы значение x max = 26.60000. Вторая точка будет: (26.60000, 30.15970).

Линия регрессии показана на рисунке ниже красным цветом

Обратите внимание, что линия регрессии всегда проходит через точку средних значений величин Х и Y, т.е. с координатами (M x , M y).