用R进行多元线性回归分析建模

概念：多元回归分析预测法，是指通过对两个或两个以上的自变量与一个因变量的相关分析，建立预测模型进行预测的方法。当自变量与因变量之间存在线性关系时，称为多元线性回归分析。
下面我就举几个例子来说明一下
例一：谋杀率与哪些因素有关
变量选择
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    states<-as.data.frame(state.x77[,c('Murder','Population','Illiteracy','Income','Frost')])  
    cor(states)#查看变量相关系数  
                   Murder Population Illiteracy     Income      Frost  
    Murder      1.0000000  0.3436428  0.7029752 -0.2300776 -0.5388834  
    Population  0.3436428  1.0000000  0.1076224  0.2082276 -0.3321525  
    Illiteracy  0.7029752  0.1076224  1.0000000 -0.4370752 -0.6719470  
    Income     -0.2300776  0.2082276 -0.4370752  1.0000000  0.2262822  
    Frost      -0.5388834 -0.3321525 -0.6719470  0.2262822  1.0000000  

我们可以明显的看出谋杀率与人口，文盲率相关性较大

将它们的关系可视化
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    library(car)  
    scatterplotMatrix(states,spread=FALSE)  

还可以这么看
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    fit<-lm(Murder~Population+Illiteracy+Income+Frost,data = states)  
    summary(fit)  
      
    Call:  
    lm(formula = Murder ~ Population + Illiteracy + Income + Frost,   
        data = states)  
      
    Residuals:  
        Min      1Q  Median      3Q     Max   
    -4.7960 -1.6495 -0.0811  1.4815  7.6210   
      
    Coefficients:  
                 Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)      
    (Intercept) 1.235e+00  3.866e+00   0.319   0.7510      
    Population  2.237e-04  9.052e-05   2.471   0.0173 *    
    Illiteracy  4.143e+00  8.744e-01   4.738 2.19e-05 ***  
    Income      6.442e-05  6.837e-04   0.094   0.9253      
    Frost       5.813e-04  1.005e-02   0.058   0.9541      
    ---  
    Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1  
      
    Residual standard error: 2.535 on 45 degrees of freedom  
    Multiple R-squared:  0.567, Adjusted R-squared:  0.5285   
    F-statistic: 14.73 on 4 and 45 DF,  p-value: 9.133e-08  

还可以这么看
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    #install.packages('leaps')  
    library(leaps)  
    leaps<-regsubsets(Murder~Population+Illiteracy+Income+Frost,data = states,nbest = 4)  
    plot(leaps,scale = 'adjr2')  



最大值0.55是只包含人口，文盲率这两个变量和截距的。
还可以这样，比较标准回归系数的大小
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    zstates<-as.data.frame(scale(states))#scale()标准化  
    zfit<-lm(Murder~Population+Illiteracy+Income+Frost,data = zstates)  
    coef(zfit)  
     (Intercept)    Population    Illiteracy        Income         Frost   
    -2.054026e-16  2.705095e-01  6.840496e-01  1.072372e-02  8.185407e-03  
通过这几种方法，我们都可以明显的看出谋杀率与人口，文盲率相关性较大，与其它因素相关性较小。
回归诊断
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    > confint(fit)  
                        2.5 %       97.5 %  
    (Intercept) -6.552191e+00 9.0213182149  
    Population   4.136397e-05 0.0004059867  
    Illiteracy   2.381799e+00 5.9038743192  
    Income      -1.312611e-03 0.0014414600  
    Frost       -1.966781e-02 0.0208304170  

标记异常值
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    qqPlot(fit,labels = row.names(states),id.method = 'identify',simulate = T)  

图如下，点一下异常值然后点finish就可以了

查看它的实际值11.5与拟合值3.878958，这条数据显然是异常的，可以抛弃
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    > states['Nevada',]  
           Murder Population Illiteracy Income Frost  
    Nevada   11.5        590        0.5   5149   188  
    > fitted(fit)['Nevada']  
      Nevada   
    3.878958   
    > outlierTest(fit)#或直接这么检测离群点  
           rstudent unadjusted p-value Bonferonni p  
    Nevada 3.542929         0.00095088     0.047544  

car包有多个函数，可以判断误差的独立性，线性，同方差性
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    library(car)  
    durbinWatsonTest(fit)  
    crPlots(fit)  
    ncvTest(fit)  
    spreadLevelPlot(fit)  

综合检验
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    #install.packages('gvlma')  
    library(gvlma)  
    gvmodel<-gvlma(fit);summary(gvmodel) 
检验多重共线性
根号下vif>2则表明有多重共线性
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    > sqrt(vif(fit))  
    Population Illiteracy     Income      Frost   
      1.115922   1.471682   1.160096   1.443103  

都小于2所以不存在多重共线性
例二：女性身高与体重的关系
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    attach(women)  
    plot(height,weight)  

通过图我们可以发现，用曲线拟合要比直线效果更好

那就试试呗
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    fit<-lm(weight~height+I(height^2))#含平方项  
    summary(fit)  
      
    Call:  
    lm(formula = weight ~ height + I(height^2))  
      
    Residuals:  
         Min       1Q   Median       3Q      Max   
    -0.50941 -0.29611 -0.00941  0.28615  0.59706   
      
    Coefficients:  
                 Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)      
    (Intercept) 261.87818   25.19677  10.393 2.36e-07 ***  
    height       -7.34832    0.77769  -9.449 6.58e-07 ***  
    I(height^2)   0.08306    0.00598  13.891 9.32e-09 ***  
    ---  
    Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1  
      
    Residual standard error: 0.3841 on 12 degrees of freedom  
    Multiple R-squared:  0.9995,    Adjusted R-squared:  0.9994   
    F-statistic: 1.139e+04 on 2 and 12 DF,  p-value: < 2.2e-16   

效果是很不错的，可以得出模型为

把拟合曲线加上看看
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    lines(height,fitted(fit))  


非常不错吧

还可以用car包的scatterplot()函数
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    library(car)  
    scatterplot(weight~height,spread=FALSE,pch=19)#19实心圆，spread=FALSE删除了残差正负均方根在平滑曲线上  
    展开的非对称信息，听着就不像人话，你可以改成TRUE看看到底是什么，我反正不明白。  


例三：含交互项
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    <strong>attach(mtcars)  
    fit<-lm(mpg~hp+wt+hp:wt)  
    summary(fit)  
    Call:  
    lm(formula = mpg ~ hp + wt + hp:wt)  
      
    Residuals:  
        Min      1Q  Median      3Q     Max   
    -3.0632 -1.6491 -0.7362  1.4211  4.5513   
      
    Coefficients:  
                Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)      
    (Intercept) 49.80842    3.60516  13.816 5.01e-14 ***  
    hp          -0.12010    0.02470  -4.863 4.04e-05 ***  
    wt          -8.21662    1.26971  -6.471 5.20e-07 ***  
    hp:wt        0.02785    0.00742   3.753 0.000811 ***  
    ---  
    Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1  
      
    Residual standard error: 2.153 on 28 degrees of freedom  
    Multiple R-squared:  0.8848,    Adjusted R-squared:  0.8724   
    F-statistic: 71.66 on 3 and 28 DF,  p-value: 2.981e-13</strong> 
其中的hp:wt就是交互项，表示我们假设hp马力与wt重量有相关关系，通过全部的三个星可以看出响应/因变量mpg（每加仑英里）与预测/自变量都相关，也就是说mpg（每加仑英里）与汽车马力/重量都相关，且mpg与马力的关系会根据车重的不同而不同。