资源简介 (共64张PPT)第八章<<<第2课时非线性回归模型1.用拟合效果分析非线性回归问题.2.了解非线性回归模型,掌握非线性回归模型的求解过程.学习目标一、用拟合效果分析非线性回归问题二、非线性回归模型随堂演练内容索引课时对点练一用拟合效果分析非线性回归问题经济学专业的学生们为研究流通费率y和销售额x(单位:千万元)的关系,对同类型10家企业的相关数据(i=1,2,…,10)进行整理,并得到如下散点图:例 1根据此散点图,在2千万元至1亿元之间,下面四个回归模型中最适宜作为流通费率y和销售额x的回归模型的是A.y=ax+b B.y=ax2+b C.y=aex+b D.y=aln x+b√根据散点图,可以知道各点基本上是沿着一条具有递减趋势的曲线分布,并且变化趋势较平缓,A中,y=ax+b表示直线,变化趋势是定的,不符合题意;B中,y=ax2+b表示的曲线在(2,10)内随x的增大而上升或下降的越来越快,不符合题意;C中,y=aex+b表示的曲线不论是上升还是下降,都比较快,曲线较“陡峭”,不符合题意;D中,y=aln x+b表示的曲线不论是上升还是下降,都比较平缓,符合题意.(1)根据散点图可以判断两个变量之间的相关关系,根据样本点的分布选取合适的函数模型.(2)两个变量Y与x的回归模型中,决定系数R2越大,拟合效果越好.反思感悟 2021年8月27日教育部在其网站发布了2020年全国教育事业发展统计公报,其中“十三五”时期全国高等教育在学总规模和毛入学率如图所示,则下列四个回归模型中最适合作为毛入学率y和年份数x的回归模型是A.y=a+bxB.y=a+bx2C.y=a+bexD.y=a+bln x跟踪训练 1√根据图象可知,函数图象随着自变量的变大,函数值增长速度基本不变,再由图象的形状结合选项,可判定函数y=a+bx符合要求.二非线性回归模型 噪声污染已经成为影响人们身体健康和生活质量的严重问题,为了了解声音强度D(单位:dB)与声音能量I(单位:W/cm2)之间的关系,将测量得到的声音强度Di和声音能量Ii(i=1,2,…,10)数据作了初步处理,得到下面的散点图及一些统计量的值.例 2(Ii-)2 (Wi-)2 (Ii-)·(Di-) (Wi-)·(Di-)1.04×10-11 45.7 -11.5 1.56×10-21 0.51 6.88×10-11 5.1表中Wi=lg Ii,=Wi.(Ii-)2 (Wi-)2 (Ii-)·(Di-) (Wi-)·(Di-)1.04×10-11 45.7 -11.5 1.56×10-21 0.51 6.88×10-11 5.1(1)根据表中数据,求声音强度D关于声音能量I的非线性经验回归方程=+·lg I;附:对于一组数据(u1,v1),(u2,v2),…,(un,vn),其经验回归直线=+u的斜率和截距的最小二乘估计公式分别为=,=- .由Wi=lg Ii,先建立D关于W的经验回归方程,由于===10,∴=- =45.7-10×(-11.5)=160.7,∴D关于W的经验回归方程是=10W+160.7,即D关于I的非线性经验回归方程是=10·lg I+160.7.(2)当声音强度大于60 dB时属于噪音,会产生噪声污染,城市中某点P共受到两个声源的影响,这两个声源的声音能量分别是I1和I2,且+=1010.已知点P的声音能量等于声音能量I1与I2之和,请根据①中的非线性经验回归方程,判断点P是否受到噪声污染的干扰,并说明理由.点P的声音能量I=I1+I2,∵+=1010,∴I=I1+I2=10-10·(I1+I2)=10-10·≥9×10-10(当且仅当=,即I2=2I1时等号成立),根据(1)中的非线性经验回归方程,点P的声音强度D的最小预测值为=10·lg(9×10-10)+160.7=10·lg 9+60.7>60,∴点P会受到噪声污染的干扰.反思感悟(1)确定变量:确定解释变量为x,响应变量为y.(2)画散点图:通过观察散点图并与学过的函数(幂函数、指数函数、对数函数、二次函数)图象作比较,选取拟合效果好的函数模型.(3)变量置换:通过变量置换把非线性回归问题转化为线性回归问题.(4)分析拟合效果:通过计算决定系数来判断拟合效果.(5)写出非线性经验回归方程.解决非线性回归问题的方法步骤 黄河鲤是我国华北地区的主要淡水养殖品种之一,其鳞片金黄、体形梭长,尤以色泽鲜丽、肉质细嫩、气味清香而著称.为研究黄河鲤早期生长发育的规律,丰富黄河鲤早期养殖经验,某院校研究小组以当地某水产养殖基地的黄河鲤仔鱼为研究对象,从出卵开始持续观察20天,试验期间,每天固定时段从试验水体中随机取出同批次9尾黄河鲤仔鱼测量体长,取其均值作为第ti天的观测值yi(单位:mm),其中ti=i,i=1,2,3,…,20.根据以往的统计资料,该组数据可以用Logistic跟踪训练 2曲线拟合模型y=或Logistic非线性回归模型y=进行统计分析,其中a,b,u为参数.基于这两个模型,绘制得到如右的散点图和残差图.(1)你认为哪个模型的拟合效果更好?分别结合散点图和残差图进行说明;附:对于一组数据,,…,,其经验回归方程=+x的斜率和截距的最小二乘估计公式分别为=,=-;参考数据:e-4≈0.018 3.Logistic非线性回归模型y=拟合效果更好.从散点图看,散点更均匀地分布在该模型拟合曲线附近;从残差图看,该模型下的残差更均匀地集中在以残差为0的直线为对称轴的水平带状区域内.(2)假定u=12.5,且黄河鲤仔鱼的体长y与天数t具有很强的相关关系.现对数据进行初步处理,得到如下统计量的值:=ti=10.5,=zi=-3.83,=wi=-1.608,=665,=-109.06,=-138.32,其中zi=ln,wi=ln,根据(1)的判断结果及给定数据,求y关于t的经验回归方程,并预测第22天时仔鱼的体长(结果精确到小数点后2位).附:对于一组数据,,…,,其经验回归方程=+x的斜率和截距的最小二乘估计公式分别为=,=-;参考数据:e-4≈0.018 3.将y=转化为ln=a-bt,则-===-0.208,所以=0.208,所以=-·=-1.608+0.208×10.5=0.576.所以y关于t的经验回归方程为=.当t=22时,体长==≈12.28(mm).1.知识清单:(1)用拟合效果分析非线性回归问题.(2)非线性回归模型.2.方法归纳:转化思想.3.常见误区:非线性经验回归方程转化为线性经验回归方程时的转化方法.随堂演练三12341.营养学家对某地区居民的身高y与营养摄入量x的几组数据进行研究后发现两个变量存在相关关系,该营养学家按照不同的曲线拟合y与x之间的经验回归方程,并算出决定系数R2如表所示.拟合曲线 直线 指数曲线 抛物线 三次曲线y与x的经验回归方程 =f1(x) =f2(x) =f3(x) =f4(x)决定系数R2 0.893 0.986 0.931 0.312则这组数据模型的经验回归方程的最好选择应是A.=f1(x) B.=f2(x) C.=f3(x) D.=f4(x)√1234决定系数R2的值越大,说明模型的拟合效果越好,观察可知,指数曲线的R2最大,故经验回归方程的最好选择应是=f2(x).2.某校数学学习兴趣小组为研究某作物种子的发芽率y和温度x(单位:℃)的关系,由试验数据得到如图所示的散点图. 由此散点图,可以得出最适宜作为发芽率y和温度x的回归模型的是A.y=a+bx B.y=a+bln xC.y=a+bex D.y=a+bx21234√1234由散点图可知,数据分布成递增趋势,但是呈现上凸效果,即增加越来越缓慢.A中,y=a+bx是直线型,均匀增长,不符合要求;B中,y=a+bln x是对数型,增长越来越缓慢,符合要求;C中,y=a+bex是指数型,爆炸式增长,增长越来越快,不符合要求;D中,y=a+bx2是二次函数型,增长越来越快,不符合要求.3.若一函数模型为y=ax2+bx+c(a≠0),将y转化为t的经验回归方程,则需做变换t等于A.x2 B.(x+a)2C. D.以上都不对1234√1234y=ax2+bx+c=a+(a≠0),可令t=,则y=at+为y关于t的经验回归方程.4.在研究两个变量的相关关系时,观察散点图发现样本点集中于某一条指数曲线y=ebx+a的周围.令z=ln y,求得经验回归方程为=0.25x-2.58,则该模型的非线性经验回归方程为 . 1234=e0.25x-2.58因为=0.25x-2.58,z=ln y,所以=e0.25x-2.58.课时对点练四1.某互联网公司为了确定下一季度的前期广告投入计划,收集了近6个月广告投入量x(单位:万元)和收益y(单位:万元)的数据如表:1234月份 1 2 3 4 5 6广告投入量x/万元 2 4 6 8 10 12收益y/万元 14.21 20.31 31.8 31.18 37.83 44.671234他们用两种模型(ⅰ)y=bx+a,(ⅱ)y=aebx分别进行拟合,得到相应的经验回归方程并进行残差分析,得到如图所示的残差图及一些统计量的值.xiyi7 30 1 464.24 364(1)根据残差图,比较模型(ⅰ),(ⅱ)的拟合效果,应选择哪个模型?并说明理由;1234应该选择模型(ⅰ),因为模型(ⅰ)的带状区域比模型(ⅱ)的带状区域窄,所以模型(ⅰ)的拟合效果好,经验回归方程的预测精度高.1234(2)残差绝对值大于2的数据被认为是异常数据,需要剔除:①剔除异常数据后,求出(1)中所选模型的经验回归方程;xiyi7 30 1 464.24 3641234剔除异常数据即3月份的数据后,得=×(7×6-6)=7.2,=×(30×6-31.8)=29.64.xiyi=1 464.24-6×31.8=1 273.44,=364-62=328.1234====3,=-=29.64-3×7.2=8.04.所以y关于x的经验回归方程为=3x+8.04.②当广告投入量x=18时,(1)中所选模型收益的预测值是多少附:对于一组数据(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn),其经验回归直线= xxiyi7 30 1 464.24 364+的斜率和截距的最小二乘估计公式分别为==,=-.12341234把x=18代入①中所求经验回归方程,得=3×18+8.04=62.04(万元),故收益的预测值为62.04万元.2.某大型现代化农场在种植某种大棚有机无公害的蔬菜时,为创造更大价值,提高亩产量,积极开展技术创新活动.该农场采用了延长光照时间的方案,该农场选取了20间大棚(每间一亩)进行试点,得到各间大棚产量数据并绘制成如图所示的散点图.光照时长为x(单位:小时),大棚蔬菜产量为y(单位:千斤每亩),记w=ln x.1234(1)根据散点图判断,y=a+bx与y=c+dln x,哪一个更适合作为大棚蔬菜产量y关于光照时长x的回归模型(给出判断即可,不必说明理由);1234根据散点图知,开始的点在某条直线附近,但后面的点会越来越偏离这条直线,因此y=c+dln x更适合作为y关于x的回归模型.1234(2)根据(1)的判断结果及表中数据,建立y关于x的经验回归方程(结果保留小数点后两位);参考数据:xi yi wi xiyi wiyi290 102.4 52 4 870 540.28 137 1 578.2 272.1参考公式:β关于α的经验回归方程=α+中,=,=-.1234因为w=ln x,所以y=c+dln x,即y=c+dw,===5.12,===2.6,==≈3.26,=5.12-×2.6≈-3.34,所以=3.26w-3.34,即=3.26ln x-3.34.1234(3)根据实际种植情况,发现上述经验回归方程在光照时长位于6~14小时内拟合程度良好,利用(2)中所求方程估计当光照时长为e2小时时(自然对数的底数e≈2.718 28),大棚蔬菜亩产量约为多少?1234当x=e2时,=3.26ln e2-3.34=3.18.所以大棚蔬菜亩产量约为3.18千斤.3.某果园种植“糖心苹果”已有十余年,为了提高利润,该果园每年投入一定的资金,对种植、采摘、包装、宣传等环节进行改进.如图是2014年至2023年,该果园每年的投资金额x(单位:万元)与年利润增量y(单位:万元)的散点图.1234该果园为了预测2024年投资金额为20万元时的年利润增量,建立了y关于x的两个经验回归模型.模型①:由最小二乘法求得y关于x的经验回归方程为=2.50x-2.50;模型②:由图中样本点的分布,可以认为样本点集中在曲线y=bln x+a的附近,令t=ln x,则y=bt+a,且有ti=22,yi=230,tiyi=569,=50.92.1234(1)根据所给的统计量,求模型②中y关于x的非线性经验回归方程;附:==,=-;决定系数R2=1-.参考数据:ln 2≈0.693 1,ln 5≈1.609 4.12341234由ti=22, yi=230,得=2.2,=23,所以====25,=-=23-25×2.2=-32,所以模型②中,y关于x的非线性经验回归方程为=25ln x-32.1234(2)根据下列表格中的数据,比较两种模型的决定系数R2,并选择拟合精度更高、更可靠的模型,预测投资金额为20万元时的年利润增量(结果保留两位小数).回归模型 模型① 模型②经验回归方程 =2.50x-2.50 =ln x+102.28 36.19附:==,=-;决定系数R2=1-.参考数据:ln 2≈0.693 1,ln 5≈1.609 4.12341234由表中的数据,有102.28>36.19,则1-<1-,回归模型 模型① 模型②经验回归方程 =2.50x-2.50 =ln x+102.28 36.191234所以模型①的R2小于模型②的R2,说明回归模型②的拟合效果更好;当x=20时,模型②的年利润增量的预测值为=25ln 20-32=25×(2ln 2+ln 5)-32≈25×(2×0.693 1+1.609 4)-32=42.89.故预测投资金额为20万元时的年利润增量为42.89万元.回归模型 模型① 模型②经验回归方程 =2.50x-2.50 =ln x+102.28 36.1912344.某高科技公司对其产品研发年投资额x(单位:百万元)与其年销售量y(单位:千件)的数据进行统计,整理后得到如下统计表和散点图.x 1 2 3 4 5 6y 0.5 1 1.5 3 6 12z=ln y -0.7 0 0.4 1.1 1.8 2.51234(1)该公司科研团队通过分析散点图的特征,计划分别用①y=bx+a和②y=edx+c两种模型作为年销售量y关于年投资额x的回归模型,请根据统计表的数据,确定方案①和②的经验回归方程(注:系数b,a,d,c按四舍五入保留一位小数);1234参考公式及数据:==,=-,R2=1-=1-,xizi≈28.9,e3.4≈30.1234由题可得=×=3.5,=×=4,xiyi=1×0.5+2×1+3×1.5+4×3+5×6+6×12=121,=1+4+9+16+25+36=91,1234所以==≈≈2.1,=- =4-×3.5=-3.4,方案①的经验回归方程为=2.1x-3.4,对=两边取对数得ln =x+,令=ln ,则=x+.1234≈×=0.85,=≈=≈0.6,=- ≈0.85-×3.5=-1.36≈-1.4,方案②的非线性经验回归方程为=e0.6x-1.4.1234(2)根据下表中数据,用决定系数R2(不必计算,只比较大小)比较两种模型的拟合效果哪个更好,并选择拟合精度更高、更可靠的模型,预测当研发年投资额为8百万元时,产品的年销售量是多少?经验回归方程 =x+ =18.29 10.061234参考公式及数据:==,=-,R2=1-=1-,xizi≈28.9,e3.4≈30.1234方案①的决定系数=1-;方案②的决定系数=1-,则<,故模型②的拟合效果更好,精度更高.预测当研发年投资额为8百万元时,产品的年销售量为=e4.8-1.4=e3.4≈30(千件).第2课时 非线性回归模型[学习目标] 1.用拟合效果分析非线性回归问题.2.了解非线性回归模型,掌握非线性回归模型的求解过程.一、用拟合效果分析非线性回归问题例1 经济学专业的学生们为研究流通费率y和销售额x(单位:千万元)的关系,对同类型10家企业的相关数据(i=1,2,…,10)进行整理,并得到如下散点图:根据此散点图,在2千万元至1亿元之间,下面四个回归模型中最适宜作为流通费率y和销售额x的回归模型的是 ( )A.y=ax+b B.y=ax2+bC.y=aex+b D.y=aln x+b反思感悟 (1)根据散点图可以判断两个变量之间的相关关系,根据样本点的分布选取合适的函数模型.(2)两个变量Y与x的回归模型中,决定系数R2越大,拟合效果越好.跟踪训练1 2021年8月27日教育部在其网站发布了2020年全国教育事业发展统计公报,其中“十三五”时期全国高等教育在学总规模和毛入学率如图所示,则下列四个回归模型中最适合作为毛入学率y和年份数x的回归模型是 ( )A.y=a+bx B.y=a+bx2C.y=a+bex D.y=a+bln x二、非线性回归模型例2 噪声污染已经成为影响人们身体健康和生活质量的严重问题,为了了解声音强度D(单位:dB)与声音能量I(单位:W/cm2)之间的关系,将测量得到的声音强度Di和声音能量Ii(i=1,2,…,10)数据作了初步处理,得到下面的散点图及一些统计量的值.(Ii-)2 (Wi-)2 (Ii-)·(Di-) (Wi-)·(Di-)1.04×10-11 45.7 -11.5 1.56×10-21 0.51 6.88×10-11 5.1表中Wi=lg Ii,=Wi.(1)根据表中数据,求声音强度D关于声音能量I的非线性经验回归方程=+·lg I;(2)当声音强度大于60 dB时属于噪音,会产生噪声污染,城市中某点P共受到两个声源的影响,这两个声源的声音能量分别是I1和I2,且+=1010.已知点P的声音能量等于声音能量I1与I2之和,请根据①中的非线性经验回归方程,判断点P是否受到噪声污染的干扰,并说明理由.附:对于一组数据(u1,v1),(u2,v2),…,(un,vn),其经验回归直线=+u的斜率和截距的最小二乘估计公式分别为=,=- .反思感悟 解决非线性回归问题的方法步骤(1)确定变量:确定解释变量为x,响应变量为y.(2)画散点图:通过观察散点图并与学过的函数(幂函数、指数函数、对数函数、二次函数)图象作比较,选取拟合效果好的函数模型.(3)变量置换:通过变量置换把非线性回归问题转化为线性回归问题.(4)分析拟合效果:通过计算决定系数来判断拟合效果.(5)写出非线性经验回归方程.跟踪训练2 黄河鲤是我国华北地区的主要淡水养殖品种之一,其鳞片金黄、体形梭长,尤以色泽鲜丽、肉质细嫩、气味清香而著称.为研究黄河鲤早期生长发育的规律,丰富黄河鲤早期养殖经验,某院校研究小组以当地某水产养殖基地的黄河鲤仔鱼为研究对象,从出卵开始持续观察20天,试验期间,每天固定时段从试验水体中随机取出同批次9尾黄河鲤仔鱼测量体长,取其均值作为第ti天的观测值yi(单位:mm),其中ti=i,i=1,2,3,…,20.根据以往的统计资料,该组数据可以用Logistic曲线拟合模型y=或Logistic非线性回归模型y=进行统计分析,其中a,b,u为参数.基于这两个模型,绘制得到如下的散点图和残差图.(1)你认为哪个模型的拟合效果更好?分别结合散点图和残差图进行说明;(2)假定u=12.5,且黄河鲤仔鱼的体长y与天数t具有很强的相关关系.现对数据进行初步处理,得到如下统计量的值:=ti=10.5,=zi=-3.83,=wi=-1.608,=665,=-109.06,=-138.32,其中zi=ln,wi=ln,根据(1)的判断结果及给定数据,求y关于t的经验回归方程,并预测第22天时仔鱼的体长(结果精确到小数点后2位).附:对于一组数据,,…,,其经验回归方程=+x的斜率和截距的最小二乘估计公式分别为=,=-;参考数据:e-4≈0.018 3.1.知识清单:(1)用拟合效果分析非线性回归问题.(2)非线性回归模型.2.方法归纳:转化思想.3.常见误区:非线性经验回归方程转化为线性经验回归方程时的转化方法.1.营养学家对某地区居民的身高y与营养摄入量x的几组数据进行研究后发现两个变量存在相关关系,该营养学家按照不同的曲线拟合y与x之间的经验回归方程,并算出决定系数R2如表所示.拟合曲线 直线 指数曲线 抛物线 三次曲线y与x的经验回归方程 =f1(x) =f2(x) =f3(x) =f4(x)决定系数R2 0.893 0.986 0.931 0.312则这组数据模型的经验回归方程的最好选择应是 ( )A.=f1(x) B.=f2(x)C.=f3(x) D.=f4(x)2.某校数学学习兴趣小组为研究某作物种子的发芽率y和温度x(单位:℃)的关系,由试验数据得到如图所示的散点图. 由此散点图,可以得出最适宜作为发芽率y和温度x的回归模型的是 ( )A.y=a+bx B.y=a+bln xC.y=a+bex D.y=a+bx23.若一函数模型为y=ax2+bx+c(a≠0),将y转化为t的经验回归方程,则需做变换t等于 ( )A.x2 B.(x+a)2C. D.以上都不对4.在研究两个变量的相关关系时,观察散点图发现样本点集中于某一条指数曲线y=ebx+a的周围.令z=ln y,求得经验回归方程为=0.25x-2.58,则该模型的非线性经验回归方程为________.答案精析例1 D [根据散点图,可以知道各点基本上是沿着一条具有递减趋势的曲线分布,并且变化趋势较平缓,A中,y=ax+b表示直线,变化趋势是定的,不符合题意;B中,y=ax2+b表示的曲线在(2,10)内随x的增大而上升或下降的越来越快,不符合题意;C中,y=aex+b表示的曲线不论是上升还是下降,都比较快,曲线较“陡峭”,不符合题意;D中,y=aln x+b表示的曲线不论是上升还是下降,都比较平缓,符合题意.]跟踪训练1 A [根据图象可知,函数图象随着自变量的变大,函数值增长速度基本不变,再由图象的形状结合选项,可判定函数y=a+bx符合要求.]例2 解 (1)由Wi=lg Ii,先建立D关于W的经验回归方程,由于===10,∴=- =45.7-10×(-11.5)=160.7,∴D关于W的经验回归方程是=10W+160.7,即D关于I的非线性经验回归方程是=10·lg I+160.7.(2)点P的声音能量I=I1+I2,∵+=1010,∴I=I1+I2=10-10·(I1+I2)=10-10·≥9×10-10(当且仅当=,即I2=2I1时等号成立),根据(1)中的非线性经验回归方程,点P的声音强度D的最小预测值为=10·lg(9×10-10)+160.7=10·lg 9+60.7>60,∴点P会受到噪声污染的干扰.跟踪训练2 解 (1)Logistic非线性回归模型y=拟合效果更好.从散点图看,散点更均匀地分布在该模型拟合曲线附近;从残差图看,该模型下的残差更均匀地集中在以残差为0的直线为对称轴的水平带状区域内.(2)将y=转化为ln=a-bt,则-===-0.208,所以=0.208,所以=-·=-1.608+0.208×10.5=0.576.所以y关于t的经验回归方程为=.当t=22时,体长==≈12.28(mm).随堂演练1.B [决定系数R2的值越大,说明模型的拟合效果越好,观察可知,指数曲线的R2最大,故经验回归方程的最好选择应是=f2(x).]2.B [由散点图可知,数据分布成递增趋势,但是呈现上凸效果,即增加越来越缓慢.A中,y=a+bx是直线型,均匀增长,不符合要求;B中,y=a+bln x是对数型,增长越来越缓慢,符合要求;C中,y=a+bex是指数型,爆炸式增长,增长越来越快,不符合要求;D中,y=a+bx2是二次函数型,增长越来越快,不符合要求.]3.C [y=ax2+bx+c=a+(a≠0),可令t=,则y=at+为y关于t的经验回归方程.]4.=e0.25x-2.58解析 因为=0.25x-2.58,z=ln y,所以=e0.25x-2.58. 展开更多...... 收起↑ 资源列表 §8.2 第2课时 非线性回归模型(导学案,含答案).docx 第八章 §8.2 第2课时 非线性回归模型.pptx