第 14 章 Logistic迴歸.

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1 第 14 章 Logistic迴歸

2 14.1 二元應變數之迴歸模型 當應變數是二元資料時，其反應函數的含意 以簡單線性迴歸模型 (14.1)
其應變數Yi為二元資料，不是0就是1，則在此例中期望值E{Yi}有一個特別的含意，因為 = 0，所以 (14.2)

3 若Yi為伯努利的隨機變數，其機率分配如下：
因此，當Yi = 1時，其機率值為 ；而Yi = 0時，其機 率值為1－ 。由隨機變數的定義(A.12)，可得 (14.3) 由方程式(14.2)及(14.3)，可得 (14.4)

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5 當反應函數是二元資料的特例 1. 非常態誤差項：針對應變數為0與1，每個誤差項 只有兩種結果。 (14.5a) (14.5b) 2. 誤差項之變異數非定值：當應變數為指示變數，其所有誤差項 不具有相同的變異數。簡單說明如下，由(14.1)的簡單線性迴歸可得 ，並利用(A.15)，得 或是 (14.6)

6 之變異數與 的變異數是相同的，因為 ，而且 為常數。 (14.7) 或 (14.7a) 3.反應函數的限制：由於反應函數可視為機率值，當應變數為0或1的指示變數，則平均反應應該限制為 (14.8)

7 14.2 二元應變數下的S模型反應函數

8 Probit的平均反應函數 考慮母親在懷孕期間Y c與酒精使用程度X之關係，此處的c代表連續型懷孕期間的反應變數。因此可以利用簡單線性迴歸表示成 (14.9) 由(14.3)與(14.9)可得 (14.10a) (14.10b) (14.10c) (14.10d) (14.10e)

9 假若令 ，從(14.10a-e)，可得 (14.11) 由(14.3)式及(14.11)式，推導出一非線性迴歸函數， 稱為probit平均反應函數。 (14.12) 利用probit轉換來求(14.12)的，可得 (14.13)

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11 Logistic平均反應函數 假設隨機變數 服從logistic分配平均值為0，標準差為 ，其分配 (14.14a) 其累積分配函數為： (14.14b) 假設由(14.9)式的具有logistic分配平均值為0，標準差為，然後由(14.10d)可得：

12 之後，將不等式的左右兩邊各乘上 ，其機率 值亦保持不變，因此： (14.15a) (14.15b) (14.15c) (14.15d)

13 總括而論，logistic平均反應函數為：
(14.16) 而(14.16)亦等同 (14.17) 由(14.16)做累積分配FL的反函數則可得： (14.18) 的轉換函數稱為機率值 的logit轉換，表示 為： (14.18a)

14 互補Log-Log反應函數 可由(14.9)的 為Gumbel的誤差分配來導出平均反應函數： (14.19) 解線性預測 時，我們可得到互補log-log反應模型： (14.19a)

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16 14.3 簡單Logistic迴歸 簡單Logistic迴歸模型
因為誤差項的分配與反應變數Yi的伯努利分配有關，所以用以下的方式表達簡單Logistic迴歸模型會比較好些： Yi為服從伯努利分配的獨立隨機變數且具有 期望值 ，其中 (14.20)

17 概似函數 因為每一個Yi都是服從伯努利分配的隨機變數，其中： 其機率分配如下： (14.21) 因為觀測值Yi是獨立的，他們的聯合機率函數為： (14.22) 再者，對其聯合機率函數取對數，這是方便來找最大概似估計值：

18 (14.23) 因為 且Yi為二元變數，由(14.16)得： (14.24) 進一步，由(14.18a)，我們可得： (14.25)

19 因此，從(14.23)可簡化成： (14.26) 最大概似估計值 一旦得到最大概似估計值 與 之後，我們將這些估計值代入(14.20)便可得到配適的反應函數，我們定義 為第 i 個配適值： (14.27) 配適的logistic反應函數，如下所示： (14.28) 若我們在(14.18)利用logit轉換，便可解釋(14.28)的配適反應函數，如下： (14.29) 其中 (14.29a) 我們稱(14.29)為配適logit反應函數。

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23 的解釋 考慮配適logit反應函數(14.29)在X = ： 代表X的某層級與配適值的關係，我們亦可考慮配適logit反應函數在X = ： 此兩配適值的差為： 由(14.29a)式， 是取對數的估計發生比估計值；故我們可以用 ，相同地，對於 我們可以用 。因此，其之間的差別為： 之後將對數給還原，就可得到發生比(odds ratio)表示為 ，等於exp( )： (14.31)

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25 互補Log-Log與Probit的反應函數之使用

26 重複樣本，以二項式樣本為例 在 層級，數字為1的和表示為 ： (14.32a) 而且在 層級，數字為1的比例表示為 ： (14.32b) 隨機變數 服從二項式分配，表示為： 其中 (14.33) 之後對數概似函數可表示如下： (14.34)

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