如何用R语言对一组样本数据进行拟合求出密度函数?

Python011

如何用R语言对一组样本数据进行拟合求出密度函数?,第1张

曲线拟合:(线性回归方法:lm)1、x排序2、求线性回归方程并赋予一个新变量z=lm(y~x+I(x^2)+...)3、plot(x,y)#做y对x的散点图4、lines(x,fitted(z))#添加拟合值对x的散点图并连线曲线拟合:(nls)lm是将曲线直线化再做回归,nls是直接拟合曲线。需要三个条件:曲线方程、数据位置、系数的估计值。如果曲线方程比较复杂,可以先命名一个自定义函数。例:f=function(x1, x2, a, b) {a+x1+x2^b} result=nls(x$y~f(x$x1, x$x2, a, b), data=x, start=list(a=1, b=2)) #x可以是数据框或列表,但不能是矩阵#对系数的估计要尽量接近真实值,如果相差太远会报错:“奇异梯度”summary(result) #结果包含对系数的估计和p值根据估计的系数直接在散点图上使用lines加曲线即可。曲线拟合:(局部回归)lowess(x, y=NULL, f = 2/3, iter = 3)#可以只包含x,也可使用x、y两个变量#f为窗宽参数,越大越平滑#iter为迭代次数,越大计算越慢loess(y~x, data, span=0.75, degree=2)#data为包含x、y的数据集;span为窗宽参数#degree默认为二次回归#该方法计算1000个数据点约占10M内存举例:x=seq(0, 10, 0.1)y=sin(x)+rnorm(101)#x的值必须排序plot(x,y) #做散点图lines(lowess(x,y)) #利用lowess做回归曲线lines(x,predict(loess(y~x))) #利用loess做回归曲线,predict是取回归预测值z=loess(y~x)lines(x, z$fit) #利用loess做回归曲线的另一种做法

局部多项式回归拟合是对两维散点图进行平滑的常用方法,它结合了传统线性回归的简洁性和非线性回归的灵活性。当要估计某个响应变量值时,先从其预测变量附近取一个数据子集,然后对该子集进行线性回归或二次回归,回归时采用加权最小二乘法,即越靠近估计点的值其权重越大,最后利用得到的局部回归模型来估计响应变量的值。用这种方法进行逐点运算得到整条拟合曲线。 

在R语言中进行局部多项式回归拟合是利用loess函数,我们以cars数据集做为例子来看下使用方法。该数据中speed表示行驶速度,dist表示刹车距离。用loess来建立模型时重要的两个参数是span和degree,span表示数据子集的获取范围,取值越大则数据子集越多,曲线越为平滑。degree表示局部回归中的阶数,1表示线性回归,2表示二次回归,也可以取0,此时曲线退化为简单移动平均线。这里我们设span取0.4和0.8,从下图可见取值0.8的蓝色线条较为平滑。 

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plot(cars,pch=19)

model1=loess(dist~speed,data=cars,span=0.4)

lines(cars$speed,model1$fit,col='red',lty=2,lwd=2)

model2=loess(dist~speed,data=cars,span=0.8)

lines(cars$speed,model2$fit,col='blue',lty=2,lwd=2)

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当模型建立后,也可以类似线性回归那样进行预测和残差分析 

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x=5:25

predict(model2,data.frame(speed=x))

plot(model2$resid~model2$fit)

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R语言中另一个类似的函数是lowess,它在绘图上比较方便,但在功能上不如loess强大和灵活。 

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plot(cars,pch=19) 

lines(lowess(cars),lty=2,lwd=2) 

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LOESS的优势是并不需要确定具体的函数形式,而是让数据自己来说话,其缺点在于需要大量的数据和运算能力。LOESS作为一种平滑技术,其目的是为了探寻响应变量和预测变量之间的关系,所以LOESS更被看作一种数据探索方法,而不是作为最终的结论。

目录

3. 散点图

3.1 绘制基本散点图

3.2 使用点形和颜色属性进行分组

3.3 使用不同于默认设置的点形

3.4 将连续型变量映射到点的颜色或大小属性上

3.5 处理图形重叠

3.6 添加回归模型拟合线

3.7 根据已有模型向散点图添加拟合线

3.8 添加来自多个模型的拟合线

3.9 向散点图添加模型系数

3.10 向散点图添加边际地毯

3.11 向散点图添加标签

3.12 绘制气泡图

3.13 绘制散点图矩阵往期文章参考书籍

散点图通常用于刻画两个连续型变量之间的关系。绘制散点图时,数据集中的每一个观测值都由每个点表示。

方法:

值得注意的是: loess() 函数只能根据数据对应的x轴的范围进行预测。如果想基于数据集对拟合线进行 外推 ,必须使用支持外推的函数,比如 lm() ,并将 fullrange=TRUE 参数传递给 stat_smooth() 函数。

使用 lm() 函数建立一个以 ageYear 为预测变量对 heightIn 进行预测的模型。然后,调用 predict() 函数对 heightIn 进行预测。

根据变量 sex 的水平对 heightweight 数据集进行分组,调用 lm() 函数对每组数据分别建立线性模型,并将模型结果放在一个列表内。随后,通过下面定义的 make_model() 函数建立模型。

调用 annotate() 函数在图形中添加文本。

调整标签位置,大家自行尝试。

如何只对自己想要的数据点添加标签。

调用 geom_point() 和 scale_size_area() 函数即可绘制气泡图。

如果x轴,y轴皆是分类变量,气泡图可以用来表示网格上的变量值。

散点图矩阵是一种对多个变量两两之间关系进行可视化的有效方法。pairs()函数可以绘制散点图矩阵。