201103-判别分析教学幻灯片
63页1、判 别 分 析 (discriminant analysis),距离判别 Fisher判别 贝叶斯(Bayes)判别,1 什么是判别分析,某些昆虫的性别只有通过解剖才能够判别 但雄性和雌性昆虫在若干体表度量上有些综合的差异。人们就根据已知雌雄的昆虫体表度量(这些用作度量的变量亦称为预测变量)得到一个标准,并以此标准来判别其他未知性别的昆虫。 这样虽非100%准确的判别至少大部分是对的,而且用不着杀生。此即判别分析。,判别分析是利用已知类别的样本点建立判别模型,为未知样本判类的一种统计方法。 它产生于上世纪30年代。近年来,在自然科学、社会学及经济管理学科中都有广泛的应用。 判别分析的特点是根据已掌握的、历史上每个类别的若干样本的数据信息,总结出客观事物分类的规律性,建立判别公式和判别准则。然后,当遇到新的样本点时,只要根据总结出来的判别公式和判别准则,就能判别该样本点所属的类别。,判别分析和聚类分析有何异同? 判别分析和聚类分析都是分类. 但判别分析是在已知对象有若干类型和一批已知样品的观测数据(训练样本)后的基础上根据某些准则建立判别式.在聚类分析中,人们一般事先并不知道应该分成几类
2、及哪几类,全根据数据确定。 可以先聚类以得知类型,再进行判别.,例 中小企业的破产模型 为了研究中小企业的破产模型,选定4个经济指标: X1总负债率(现金收益/总负债) X2收益性指标(纯收入/总财产) X3短期支付能力(流动资产/流动负债) X4生产效率性指标(流动资产/纯销售额) 对17个破产企业(1类)和21个正常运行企业(2类)进行了调查,得如下资料:,判别分析例子,2 距离判别,(一)马氏距离 距离判别的最直观的想法是计算样品到第i类总体的距离,哪个距离最小就将它判归哪个总体,所以,我们首先考虑的是是否能够构造一个恰当的距离函数,通过样本与某类别之间距离的大小,判别其所属类别。,设 是从期望= 和方差阵= 的总体G抽得的两个观测值,则称,样本X和Gi类之间的马氏距离定义为X与Gi类重心间的距离:,为x与y之间的马氏距离,马氏距离和欧氏距离之间的差别,马氏距离,欧氏距离,马氏距离有如下的特点:,2、马氏距离是标准化后的变量的欧式距离,1、马氏距离不受计量单位的影响;,3、若变量之间是相互无关的,则协方差矩阵为对角矩阵,(二)两个总体距离判别法,先考虑两个总体的情况,设有两个协差
3、阵相同的p维正态总体,对给定的样本Y,判别一个样本Y到底是来自哪一个总体,一个最直观的想法是计算Y到两个总体的距离。故我们用马氏距离来给定判别规则,有:,1、方差相等,则前面的判别法则表示为,当 和已知时, 是一个已知的p维向量,W(y)是y的线性函数,称为线性判别函数。称为判别系数。用线性判别函数进行判别分析非常直观,使用起来最方便,在实际中的应用也最广泛。,例 在企业的考核种,可以根据企业的生产经营情况把企业分为优秀企业和一般企业。考核企业经营状况的指标有: 资金利润率=利润总额/资金占用总额 劳动生产率=总产值/职工平均人数 产品净值率=净产值/总产值 三个指标的均值向量和协方差矩阵如下。现有二个企业,观测值分别为 (7.8,39.1,9.6)和(8.1,34.2,6.9),问这两个企业应该属于哪一类?,线性判别函数:,2、当总体的协方差已知,且不相等,显然,这是y 的二次函数。,随着计算机计算能力的增强和计算机的普及,距离判别法的判别函数也在逐步改进,一种等价的距离判别为: 设有K个总体,分别有均值向量i(i=1,2,k)和协方差阵i= ,各总体出现的先验概率相等。又设Y是一个
4、待判样品。则样品与总体的距离为(即判别函数),(三) 多总体的距离判别法,上式中的第一项Y -1Y与i无关,则舍去,得一个等价的函数,将上式整理,得,则距离判别法的判别函数为:,注:这与前面所提出的距离判别是等价的.,判别规则为,(四)对判别效果做检验 1、错判概率,由上面的分析可以看出,马氏距离判别法是合理的,但是这并不意味着不会发生误判。 两总体分别服从 其判别函数为,2、 交叉核实 交叉核实法的思想是:为了判断第i个观测的判别正确与否,用删除第i个观测的样本数据集计算出判别函数,然后用此判别函数来判别第i个观测。对每一个观测都这样进行。 交叉核实检查比较严格,能说明所选择判别方法的有效性。 交叉核实可以检验所用方法是否稳定。 交叉核实可以解决样本容量不大的情形,改变样本容量,来检验方法是否稳定的问题。,3 费歇(Fisher)判别法,Fisher判别法是一种先投影(降维)的方法。 考虑只有两个(预测)变量的判别问题。 假定只有两类。数据中的每个观测值是二维空间的一个点。见下页图。 这里只有两种已知类型的训练样本。一类有38个点(用“o”表示),另一类有44个点(用“*”表示)。按
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