R语言非线性回归和广义线性模型:泊松、伽马、逻辑回归、Beta回归分析机动车事故、小鼠感染、蛤蜊数据、补剂钠摄入数据|数据分享(上)

简介: R语言非线性回归和广义线性模型:泊松、伽马、逻辑回归、Beta回归分析机动车事故、小鼠感染、蛤蜊数据、补剂钠摄入数据|数据分享

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我们使用广义线性模型(Generalized Linear Models,简称GLM)来研究客户的非正态数据,并探索非线性关系点击文末“阅读原文”获取完整代码数据


GLM是一种灵活的统计模型,适用于各种数据类型和分布,包括二项分布、泊松分布和负二项分布等非正态分布。通过GLM,我们可以对非正态数据进行建模和预测,并且能够处理计数数据,如客户购买数量、网站点击次数等。GLM还允许引入自变量的非线性效应,从而更好地拟合与响应变量之间的复杂关系。这使得GLM成为处理非正态数据和非线性关系的强大工具。


泊松回归和伽马回归 - 探索联系


如果我们查看火车与机动车碰撞数据查看文末了解数据免费获取方式,我们会发现一个有趣的模式。

library(readr)
......
train <- read_csv("s_agresti.csv")
train_plot <- ggplot(train,
   ......

image.png

仅仅通过观察,我们就可以看出方差随预测变量而变化。此外,我们处理的是计数数据,它具有自己的分布,即泊松分布。然而,如果我们坚持使用lm进行分析会怎样呢?

train_lm <-......odel(train_lm)

image.png

预测值和观测值之间不匹配。部分原因是这里的响应变量在残差中不是正态分布的,而是泊松分布,因为它是计数数据。

泊松回归

具有泊松误差的广义线性模型通常具有对数链接,尽管也可以具有恒等链接。例如,

pois_tib <- tibble(x = rep(0:40,2),
            ......
  geom_col(position = position_dodge())

image.png

上面显示了两个泊松分布,一个均值为5,另一个均值为20。请注意它们的方差如何变化。

对数链接(例如ŷ=ea+bx̂=eβ+αx)是一个自然的拟合方法,因为它不能得到小于0的值。因此,在这种情况下,我们可以这样做:

train_glm <- glm(collisions ~ km_trtravel, 
           ......

然后,我们可以重新评估模型的假设,包括过分离。请注意,下面的QQ图并没有什么实际意义,因为这不是正态分布。

check_model(train_glm)

image.png

那么...残差怎么办呢?鉴于残差不是正态分布的,使用qqnorm图几乎没有意义。拟合残差关系仍然可能看起来很奇怪。


点击标题查阅往期内容


R语言用线性模型进行臭氧预测:加权泊松回归,普通最小二乘,加权负二项式模型,多重插补缺失值


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使用广义线性模型的分位数残差

评估广义线性模型(以及许多其他模型形式)的一种方法是查看其分位数残差。因此,首先让我们使用DHARMa生成一些模拟残差。

res <- simulateResiduals(train_glm)

我们可以绘制这些图表,并进行非参数拟合检验。

plotQQunif(res)

image.png

很好,拟合效果不错。忽略异常值测试,因为在更详细的观察中我们发现没有异常值。

我们还可以查看预测与量化残差图。

plotResiduals(res)

image.png

check_overdispersion(train_glm) |> plot()
## `geom_smooth()` using method = 'loess' and formula 'y ~ x'
## `geom_smooth()` using method = 'loess' and formula 'y ~ x'

image.png

查看glm结果

让我们来看看模型结果。

summary(train_glm)

image.png

注意,在这里我们看到了标准的glm输出,我们可以像处理任何对数变换一样解释系数。我们还有一个离散参数,描述了均值和方差之间的关系。对于泊松分布,它的值为1。

最后,我们可以绘图。

train_plot +
......"log")))

image.png

image.png

Gamma回归

然而,我们的数据通常不是离散的。考虑蛤蜊数据。

clams <- read_delim("ams.txt", delim = "\t") %>%
  mutate(MONTH = factor(MONTH))

AFD(无灰干质量)与月份和长度有什么关系?显然这里存在非线性关系。

clam_plot <- ggplot(clams,
      ......
clam_plot

image.png

现在,看起来我们应该用对数变换的模型进行拟合,但是…

clam_lm <- lm(log(......

image.png

显然存在明显的问题。即使对AFD取对数后的qq图也不好,残差拟合图也不好。Gamma glm采用其逆函数作为其规范连接,但它们通常也可以使用对数连接。

clam_gamma <- glm(AFD ~ ......
                  data = clams)
check_model(clam_gamma)

image.png


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