R语言逐步多元回归模型分析长鼻鱼密度影响因素

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我从马里兰州生物流调查中提取了一些数据，以进行多元回归分析。

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由Kaizong Ye，Liao Bao撰写

数据因变量是每75米长的水流中长鼻鱼（Rhinichthys cataractae）的数量。自变量是河流流失的面积（英亩）；氧浓度（毫克/升）；水流段的最大深度（以厘米为单位）；硝酸盐浓度（毫克/升）；硫酸盐浓度（毫克/升）；以及采样日期的水温（以摄氏度为单位）。

可下载资源

     完整程序、数据和文档（word）

如何做多元回归

多重相关

数据集包含多个数字变量时，最好查看这些变量之间的相关性。原因之一是，可以轻松查看哪些自变量与该因变量相关。第二个原因是，如果要构建多元回归模型，则添加高度相关的自变量不太可能对模型有很大的改进。

最后，值得看一下数字变量的分布。如果分布差异很大，则使用Kendall或Spearman相关性可能更合适。同样，如果自变量与因变量的分布不同，则可能需要对自变量进行转换。


 
Data = read.table(textConnection(Input),header=TRUE)
 
Data.num = 
   select(Data,
          Longnose,
          Acerage,
          DO2,
          Maxdepth,
          NO3,
          SO4,
          Temp)
 
 
headtail(Data.num)
 
 
   Longnose Acerage  DO2 Maxdepth  NO3   SO4 Temp
 
1        13    2528  9.6       80 2.28 16.75 15.3
 
2        12    3333  8.5       83 5.34  7.74 19.4
 
3        54   19611  8.3       96 0.99 10.92 19.5
 
66       20    4106 10.0       96 2.62  5.45 15.4
 
67       38   10274  9.3       90 5.45 24.76 15.0
 
68       19     510  6.7       82 5.25 14.19 26.5
 
 
corr.test(Data.num, 
          use = "pairwise",
          method="pearson",
          adjust="none",     # 可以调整p值
          alpha=.05)
 
 
 
Correlation matrix
 
         Longnose Acerage   DO2 Maxdepth   NO3   SO4  Temp
 
Longnose     1.00    0.35  0.14     0.30  0.31 -0.02  0.14
 
Acerage      0.35    1.00 -0.02     0.26 -0.10  0.05  0.00
 
DO2          0.14   -0.02  1.00    -0.06  0.27 -0.07 -0.32
 
Maxdepth     0.30    0.26 -0.06     1.00  0.04 -0.05  0.00
 
NO3          0.31   -0.10  0.27     0.04  1.00 -0.09  0.00
 
SO4         -0.02    0.05 -0.07    -0.05 -0.09  1.00  0.08
 
Temp         0.14    0.00 -0.32     0.00  0.00  0.08  1.00
 
Sample Size
 
 
 
Probability values (Entries above the diagonal are adjusted for multiple tests.)
 
         Longnose Acerage  DO2 Maxdepth  NO3  SO4 Temp
 
Longnose     0.00    0.00 0.27     0.01 0.01 0.89 0.26
 
Acerage      0.00    0.00 0.86     0.03 0.42 0.69 0.98
 
DO2          0.27    0.86 0.00     0.64 0.02 0.56 0.01
 
Maxdepth     0.01    0.03 0.64     0.00 0.77 0.69 0.97
 
NO3          0.01    0.42 0.02     0.77 0.00 0.48 0.99
 
SO4          0.89    0.69 0.56     0.69 0.48 0.00 0.52
 
Temp         0.26    0.98 0.01     0.97 0.99 0.52 0.00
 
 
 
 

 

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逐步回归选择模型

使用AIC（赤池信息标准）作为选择标准。可以使用选项k = log（n）代替BIC。 

逐步程序



Longnose ~ 1



           Df Sum of Sq    RSS    AIC

+ Acerage   1   17989.6 131841 518.75

+ NO3       1   14327.5 135503 520.61

+ Maxdepth  1   13936.1 135894 520.81

<none>                  149831 525.45

+ Temp      1    2931.0 146899 526.10

+ DO2       1    2777.7 147053 526.17

+ SO4       1      45.3 149785 527.43

.

.

< snip... more steps >

.

.

Longnose ~ Acerage + NO3 + Maxdepth



           Df Sum of Sq    RSS    AIC

<none>                  107904 509.13

+ Temp      1    2948.0 104956 509.24

+ DO2       1     669.6 107234 510.70

- Maxdepth  1    6058.4 113962 510.84

+ SO4       1       5.9 107898 511.12

- Acerage   1   14652.0 122556 515.78

- NO3       1   16489.3 124393 516.80



Call:

lm(formula = Longnose ~ Acerage + NO3 + Maxdepth, data = Data)



Coefficients:

(Intercept)      Acerage          NO3     Maxdepth 

 -23.829067     0.001988     8.673044     0.336605 

定义最终模型


 
summary(model.final)      # 显示系数，R平方和总体p值
 
 
              Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)  
 
(Intercept) -2.383e+01  1.527e+01  -1.560  0.12367  
 
Acerage      1.988e-03  6.742e-04   2.948  0.00446 **
 
Maxdepth     3.366e-01  1.776e-01   1.896  0.06253 .
 
NO3          8.673e+00  2.773e+00   3.127  0.00265 **
 
 
 
Multiple R-squared:  0.2798,  Adjusted R-squared:  0.2461
 
F-statistic: 8.289 on 3 and 64 DF,  p-value: 9.717e-05

 方差分析



Anova Table (Type II tests)



Response: Longnose

          Sum Sq Df F value   Pr(>F)  

Acerage    14652  1  8.6904 0.004461 **

Maxdepth    6058  1  3.5933 0.062529 .

NO3        16489  1  9.7802 0.002654 **

Residuals 107904 64

预测值图

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检查模型的假设

 ​

 线性模型中残差的直方图。这些残差的分布应近似正态。

 ​

残差与预测值的关系图。残差应无偏且均等。 

模型拟合标准

模型拟合标准可用于确定最合适的模型。使用AIC或可选的BIC。AICc是对AIC的一种调整，它更适合于观测值相对较少的数据集。AIC，AICc和BIC越小越好。

在下面的例子中，我们只讨论了显著相关的种植面积，MAXDEPTH和NO3 。 


$Models

   Formula                                    

1  "Longnose ~ Acerage"                       

2  "Longnose ~ Maxdepth"                      

3  "Longnose ~ NO3"                           

4  "Longnose ~ Acerage + Maxdepth"            

5  "Longnose ~ Acerage + NO3"                 

6  "Longnose ~ Maxdepth + NO3"                

7  "Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3"      

8  "Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3 + DO2"

9  "Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3 + SO4"

10 "Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3 + Temp"  



$Fit.criteria

   Rank Df.res   AIC  AICc   BIC R.squared Adj.R.sq   p.value Shapiro.W Shapiro.p

1     2     66 713.7 714.1 720.4   0.12010  0.10670 3.796e-03    0.7278 6.460e-10

2     2     66 715.8 716.2 722.4   0.09301  0.07927 1.144e-02    0.7923 2.115e-08

3     2     66 715.6 716.0 722.2   0.09562  0.08192 1.029e-02    0.7361 9.803e-10

4     3     65 711.8 712.4 720.6   0.16980  0.14420 2.365e-03    0.7934 2.250e-08

5     3     65 705.8 706.5 714.7   0.23940  0.21600 1.373e-04    0.7505 2.055e-09

6     3     65 710.8 711.4 719.6   0.18200  0.15690 1.458e-03    0.8149 8.405e-08

7     4     64 704.1 705.1 715.2   0.27980  0.24610 9.717e-05    0.8108 6.511e-08

8     5     63 705.7 707.1 719.0   0.28430  0.23890 2.643e-04    0.8041 4.283e-08

9     5     63 706.1 707.5 719.4   0.27990  0.23410 3.166e-04    0.8104 6.345e-08

10    5     63 704.2 705.6 717.5   0.29950  0.25500 1.409e-04    0.8225 1.371e-07
RPlot

​

几个模型的AICc（修改后的Akaike信息标准）图。模型7最小化了AICc，因此被选为该模型中的最佳模型。

将模型与似然比检验进行比较

将模型与 平方和检验或似然比检验进行比较，以查看是否有其他项显着减少平方误差和 。



Analysis of Variance Table



Model 1: Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3

Model 2: Longnose ~ Acerage + Maxdepth



  Res.Df    RSS Df Sum of Sq      F   Pr(>F)  

1     64 107904                               

2     65 124393 -1    -16489 9.7802 0.002654 **





Likelihood ratio test



Model 1: Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3

Model 2: Longnose ~ Acerage + Maxdepth



  #Df  LogLik Df  Chisq Pr(>Chisq)  

1   5 -347.05                       

2   4 -351.89 -1 9.6701   0.001873 **





Model 1: Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3 + DO2

Model 2: Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3 + SO4

Model 3: Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3 + Temp

Model A: Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3



    DfO      RSSO DfA      RSSA Df        SS      F Pr(>F)

1vA  63 107234.38  64 107903.97 -1   -669.59 0.3934 0.5328

2vA  63 107898.06  64 107903.97 -1     -5.91 0.0035 0.9533

3vA  63 104955.97  64 107903.97 -1  -2948.00 1.7695 0.1882






Model 1: Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3 + DO2

Model 2: Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3 + SO4

Model 3: Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3 + Temp

Model A: Longnose ~ Acerage + Maxdepth + NO3



    DfO    logLikO DfA    logLikA Df     logLik  Chisq Pr(>Chisq)

1vA  63 -346.83881  64 -347.05045 -1    0.21164 0.4233     0.5153

2vA  63 -347.04859  64 -347.05045 -1    0.00186 0.0037     0.9513

3vA  63 -346.10863  64 -347.05045 -1    0.94182 1.8836     0.1699

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关于作者

Kaizong Ye是拓端研究室（TRL）的研究员。在此对他对本文所作的贡献表示诚挚感谢，他在上海财经大学完成了统计学专业的硕士学位，专注人工智能领域。擅长Python.Matlab仿真、视觉处理、神经网络、数据分析。

本文借鉴了作者最近为《R语言数据分析挖掘必知必会 》课堂做的准备。

​非常感谢您阅读本文，如需帮助请联系我们！

 
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