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梯度提升树回归模型分析(梯度提升树回归模型分析)



 
 
   
 
本文约2100字,建议阅读5分钟 本文介绍了多层线性回归。

再进行实证研究和数据分析时,我们经常会使用到线性回归模型。不过线性回归模型因其简单易懂而广受欢迎,但在处理一些复杂数据时,这种模型往往力不从心。就比如现实数据常常呈现出层次或分组的特征,而普通线性回归模型无法有效地解释这种内在的层次结构。为了克服这一限制,多层线性回归模型(也称为层次线性模型)应运而生。

假设我们正在研究不同学校学生的数学成绩(作为响应变量)与他们的学习时间(作为解释变量)之间的关系。如果使用传统的线性回归模型,我们可能会得到一个“全局”平均效应,即总体上学习时间每增加一个单位,数学成绩如何变化。


然而,这种方法忽略了一个关键因素:不同学校(如公立与私立)可能存在的教育资 源差异、教学质量差异等因素,这些都可能影响学习时间对成绩的具体影响。普通线性回归模型在这种情况下无法给出准确的、分层次的解释。

多层线性回归模型的介绍

多层线性回归模型能够填补这一空白。它允许我们在一个统一的分析框架下,考虑数据的多个层次,有效地分析层间和层内的变异性。具体来说,这种模型包括两个或多个层级的线性回归方程,每个层级对应数据的一个特定分组。

以学校成绩为例,我们可以设定一个两层模型:

  • 第一层(学生层级):每个学生在特定学校的数学成绩与其个人学习时间的关系。
  • 第二层(学校层级):不同学校( 如公立和私立)对学生的基线成绩以及学习时间对成绩影响程度。

这样不仅可以得到每个学生学习时间对其成绩的影响,还可以评估不同学校类型如何调整这种影响。

上面的介绍可能听起来有些绕口,我们后面会给出具体的数学模型进行解释。

简单来说就是多层线性回归模型允许我们将数据的复杂结构简化为多个层级的分析,每一层都独立考虑其内部变异和跨层的相互作用。

这样的模型架构非常适合于处理那些具有自然分组特性的数据集,如学生分布在不同学校中的情形。



对于学校 中的学生 ,其数学成绩 可以表示为:

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其中,

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  • 是学生 在学校 的数学成绩。
  • 是学生 在学校 的每日学习时间。
  • 是与学校 相关的截距项,反映了该学校的基础数学成绩水平。
  • 是斜率,表明在学校 中学习时间对数学成绩的影响。
  • 是随机误差项,假设独立且同分布,通常服从均值为 0 的正态分布。
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    其实这相当于进行了固定效应回归,其中我们假设每所学校的基础成绩水平和学习时间对成绩的影响可以有所不同。

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    然而,这种模型仍然只是局限于每个学校内部的数据,没有考虑学校之间可能存在的系统性差异。为了更全面地解析这些层次结构,我们需要引入第二层模型。

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    对于学校 的模型参数 ,它们自身也视为随机变量,并可以通过学校层级的变量来进行建模:

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  • 是学校 的类型,例如, 可以表示公立学校,而 表示私立学校。

  • 是固定效应的截距,为不考虑学校类型时的全局平均效应。

  • 是固定效应的斜率,表示学校类型对截距和斜率的调整作用。

  • 是随机效应,表示在考虑了学校类型后,不同学校间存在的随机差异。




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    第一项 表示不同学校在未考虑学习时间的情况下的基础数学成绩。

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    第二项 表示学习时间对数学成绩的影响,这一影响根据学校类型及学校特定因素(随机效应)的不同而有所差异。

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    仍然是学生个体的随机误差。

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    : 表示在不考虑学校类型的情况下,公立学校的学生平均基础数学成绩为50分。

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    : 表示私立学校的学生在基础数学成绩上相比公立学校学生平均高出5分。

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    : 表示在公立学校,学习时间每增加一个单位,数学成绩平均提高2分。

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    section style="line-height: 1.5em;">

    : 表示在私立学校,学习时间对数学成绩的增益(相比公立学校)每增加一个单位,额外提高1分。

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    假设具有一定的随机方差,例如

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    到此这篇梯度提升树回归模型分析(梯度提升树回归模型分析)的文章就介绍到这了,更多相关内容请继续浏览下面的相关推荐文章,希望大家都能在编程的领域有一番成就!

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