fisher线性判别_判别分析—— Fisher判别与Bayes判别实例操作

通过之前的推送,我们已经学习到Fisher判别(canonical discriminant)和Bayes判别均用于判别指标为定量资料的判别。前者是寻找合适的投影方向,使投影所得的综合指标类内差异极小化、类间差异极大化,达到判别目的,多用于两类判别;后者也是在考虑先验概率的基础上,建立各类的线性函数,以概率作为判据,多类判别常用此方法。

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本期内容我们将在SPSS上实践操作Fisher判别和Bayes判别,以下是我们本期使用的案例:

为研究某些心电图指标对区分健康人、主动脉硬化症患者和冠心病患者3类人群,收集23名诊断明确的研究对象的心电图资料,试作判别分析。

(注:在SPSSSS学堂主页,回复20190902即可获得案例数据哦)

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操作过程

1.数据格式:总共23个观察单位,6个变量。在6个变量中,5个数值变量(指标)分别为x1、x2、x3、x4、x5,1个分类变量category,分别赋值为1=健康人、2=主动脉硬化、3=冠心病。

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2.过程

(1)从菜单内选择 分析 → 分类 → 判别式(D)。

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(2)判别分析主对话框

①将category选入分组变量并定义范围:最小值为,最大值为2,点击 继续 (如前述1=健康人、2=主动脉硬化、3=冠心病)。

②将指标x1、x2、x3、x4、x5选入自变量。

③自变量纳入方法有一起输入自变量和使用步进法(逐步法)两个选项,前者将所有自变量纳入判别函数,后者是逐步判别法,通过Wilks统计量再纳入或剔除变量,本例选择 一起输入自变量 。

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(3)统计对话框

①描述对话框:勾选 平均值 和 单变量ANOVA。

②函数系数:勾选 费希尔 和 未标准化

注意:此处的费希尔函数系数对应的是贝叶斯判别函数系数,未标准化函数系数对应的是Fisher判别(典则判别)函数系数,根据输出结果我们可以根据之前学习的基本原理将二者分辨出来。

③点击 继续 。

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(4)分类对话框

①先验概率:用于贝叶斯判别,本例先验无知,故选择等概率,即 所有组相等;若样本较大且无选择偏倚可选择样本频率,即 根据组大小计算。

②显示:本例勾选 个案结果 和 摘要表。留一分析即刀切法,是值得推荐的误判概率的估计方法。

③图:勾选 合并组,即各类共同输出在同一幅散点图中。

④点击 继续。

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(5)保存对话框:勾选 预测组成员(即判别结果)、 判别得分(由Fisher判别函数计算)、 组成员概率(由Bayes判别函数计算),点击 继续 。

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(6)判别主对话框:点击 确定。

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输出结果

1.产生新变量:Dis_1为判别结果,Dis1_1和Dis2_1为Fisher判别(典则判别)函数值(综合指标),Dis1_2、Dis2_2、Dis3_2为Bayes判别中属于各类的后验概率。

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2.基本统计量:按原分类给出的基本统计量。

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3.各自变量的方差分析:

(1)在威尔克Lambda统计量一列,越接近0说明组间差异越显著,越接近1,组间差异越不显著。

(2)在显著性一列中,除了x1在三组间无显著性差异(P=0.203)外,其余变量在三组间均有统计学差异。

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4.Fisher(典则)判别函数

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根据典则判别函数系数可列出典则函数如下:

D1=-13.788+0.292x1-0.025x2-0.053x3+2.452x4+0.783x5

D2=0.010-0.111x1-0.016x2+0.138x3-0.188x4+0.488x5

根据上述函数计算出的函数值D1和D2,即新变量中的Dis1_1和Dis2_1,结合判别分可以制定判别规则(结合判别8.分类图),即:

D1≥0:判为第1类;

D1<0且D2<0:判为第2类;

D1<0且D2≥0:判为第3类。

5.各分类的先验概率:我们选择了等概率,故各分类的先验概率均为1/3。

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6.Bayes判别函数

表格的备注为Fisher线性函数,容易混淆视听,请小伙伴们注意,这是以各分类的概率大小作为判据的,肯定的是每个分类概率的函数,不是Fisher判别。

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根据Bayes判别系数表可列出Bayes判别函数如下:

原分类(1)Y1=-366.979+7.455x1-0.478x2+0.266x3+101.358x4+29.598x5

原分类(2)Y2=-335.715+6.859x1-0.411x2+0.297x3+95.875x4+27.488x5

原分类(3)Y3=-339.229+6.729x1-0.447x2+0.536x3+96.139x4+28.573x5

将每个案例的各变量代入以上判别函数,可以获得3个函数值,将案例判别为函数值最大的一类;将函数值进一步计算后可获得3个后验概率,即新变量中的Dis1_2、Dis2_2、Dis3_2,将案例判给后验概率最大的一类;两种判别规则结果是完全一致的。

7.判别符合率表:将所有案例的观察值代入判别函数后形成的判别结果,将判别结果与原分类对照可得到判别符合率,本例正确率为91.3%。

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8.判别分类图

根据前述典则判别函数的准则,即:

D1≥0:判为第1类;

D1<0且D2<0:判为第2类;

D1<0且D2≥0:判为第3类。

若以0为原点,可将D值划分为四个象限,落在第一、四象限的为健康人,第二象限为冠心病人,第三象限为主动脉硬化病人,而原分类以不同颜色区分,我们不难发现有两例病人发生误判,第一象限内的绿圈是一名冠心病人被误判为健康人,第二象限内的红圈是一名主动脉硬化病人被误判为冠心病人。

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