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数学知识体系

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⌕2026/8/31
概念

线性回归

最小二乘估计是 BLUE(最优线性无偏估计),诊断图检验假设(线性性、同方差、正态性)。

所属主题:应用统计 ↗
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线性回归应用统计

01定义

线性回归以最小二乘拟合 Y=Xβ+εY=X\beta+\varepsilon:高斯-马尔可夫定理保证 OLS 估计是 BLUE(最优线性无偏)。残差诊断检验线性、同方差、正态三假设——模型是假设的契约,诊断是履约检查。
残差 eᵢ ŷ = β₀ + β₁x β̂ = (XᵀX)⁻¹XᵀY:最小化 Σ(yᵢ − xᵢβ)² R² 解释比例、F 检验整体显著、VIF 查共线性
最小二乘:直线穿过散点的重心

02核心要点

01

高斯-马尔可夫

误差零均值、同方差、不相关 ⇒\Rightarrow OLS 在线性无偏估计中方差最小(BLUE);正态性不是必需——正态只在精确 t/F 推断时登场。

02

诊断四图

残差 vs 拟合(非线性/异方差)、Q-Q 图(正态性)、尺度-位置图、杠杆-残差图(影响点);库克距离量化单点对系数的拉扯。

03

正则化亲戚

共线性与过拟合时岭回归(L2)与 Lasso(L1)收缩系数:偏差换方差;AIC/BIC/交叉验证选惩罚强度——回归与机器学习的接口。

03关键公式

β^=(XTX)−1XTY,R2=1−SSESST\hat\beta=(X^TX)^{-1}X^TY,\quad R^2=1-\frac{\mathrm{SSE}}{\mathrm{SST}}

04历史沿革

勒让德 1805 年发表最小二乘,高斯 1809 年给出正态误差论证;皮尔逊发展相关分析;图基 1977 年《探索性数据分析》确立诊断传统。

05应用与延伸

计量经济学的因果推断基座、生物统计的剂量-反应建模、工程标定与传感器校准、商业预测与归因分析。

06交互演示

最小二乘拟合:垂直残差增大噪声:残差变长、拟合线抖动;斜率截距始终由最小二乘唯一确定

07相关概念