← Matematiksel rota
MATEMATİKSEL ÜNİTE M8

Kovaryans, korelasyon ve en küçük kareler

Regresyon eğiminin matematiksel kaynağı

45–70 dkBirinci sınıf matematiksel derinleştirme

Matematiksel gerekçe ve varsayımlar

Kovaryans iki değişkenin ortalamalarından sapmalarının birlikte yönünü ölçer. Örneklemde cov(X,Y)=Σ(x_i−x̄)(y_i−ȳ)/(n−1). Ölçü birimine bağımlıdır; korelasyon r=cov(X,Y)/(s_X s_Y) standartlaştırılarak −1 ile +1 arasında kalır.

Basit doğrusal regresyon ŷ=a+bx, gözlenen y ile öngörülen ŷ arasındaki artık karelerinin toplamını en aza indirir. Eğimin formülü b=Σ(x_i−x̄)(y_i−ȳ)/Σ(x_i−x̄)² =cov(X,Y)/s_X²; sabit a=ȳ−bx̄. X değerleri değişkenlik göstermiyorsa eğim tanımsızdır.

Artık e_i=y_i−ŷ_i ile gözlemden sapma ölçülür. R², modelin örneklemde açıkladığı Y değişkenliği payıdır. Sabit terimli basit regresyonda R²=r² olur; bu eşitlik nedenselliğe değil örneklem uyumuna ilişkindir.

Gözlemsel çalışmada büyük eğim veya R², X'in Y'ye neden olduğunu göstermez. Aykırı gözlemler, doğrusal olmayan desenler, değişen artık varyansı ve gözlem dışı tahmin ayrıca değerlendirilir.

Formül

b = Σ[(x−x̄)(y−ȳ)] / Σ[(x−x̄)²] a=ȳ−bx̄ e=y−ŷ

Adım adım çözümlü örnek

  1. Kurmaca üç nokta (1,2), (2,4), (3,5) için x̄=2, ȳ=11/3≈3,667.
  2. Çapraz sapmaların toplamı 3; X sapma karelerinin toplamı 2. b=3/2=1,5, a=11/3−1,5×2=2/3≈0,667.
  3. x=2 için ŷ≈3,667 ve artık=4−3,667≈+0,333. Bu matematiksel uyum ilişkiyi özetler; neden göstermeye yetmez.

Bağımsız alıştırmalar

  1. (1,2),(2,4),(3,6) verisi için regresyon eğimi ve sabit terimi bul.
  2. ŷ=7 ve gerçek y=9 için artık kaçtır ve işareti ne anlatır?
  3. r=0,8 olan sabit terimli basit doğrusal regresyonda R² kaçtır? Bu nicelik neden nedensellik oranı değildir?

Öğretmen çözümleri özeldir.

Seçimlik base R uygulaması

R betiğini indir

x <- c(1,2,3)
y <- c(2,4,5)
fit <- lm(y ~ x)
coef(fit)
residuals(fit)
c(covariance=cov(x,y), correlation=cor(x,y), r_squared=summary(fit)$r.squared)
# Association and fit do not prove causation.

Kavram kontrolü

1. Basit doğrusal regresyonun eğimi?
2. Artık e neye eşittir?
3. Sabitli basit regresyonda r=0,8 ise R²?

İlgili ana ders 9