残差平方和

✍ dations ◷ 2025-07-07 10:52:27 #残差平方和

残差平方和(residual sum of squares,缩写:RSS)在统计学上是指将所有做预测时的误差值平方加起来得出的数:

它是衡量数据与估计模型之间差异的尺度。较小的残差平方和表示模型能良好地拟合数据。在确定参数和选择模型时,残差平方和是一种最优性准则。通常,总的方差=已经被模型解释了的平方和+残差平方和。

残差平方和这个数值在机器学习上是普通最小二乘法等算法的重心。

对于两变量x和y, 它们的数据组的均值分别记为 x ¯ , y ¯ {displaystyle {bar {x}},{bar {y}}} ,则两数据组的皮尔逊相关系数为 r = S x y S x x S y y {displaystyle r={frac {S_{xy}}{sqrt {S_{xx}S_{yy}}}}} ,其中, S x y = i = 1 n ( x ¯ x i ) ( y ¯ y i ) {displaystyle S_{xy}=sum _{i=1}^{n}({bar {x}}-x_{i})({bar {y}}-y_{i})} S x x = i = 1 n ( x ¯ x i ) 2 {displaystyle S_{xx}=sum _{i=1}^{n}({bar {x}}-x_{i})^{2}} S y y = i = 1 n ( y ¯ y i ) 2 {displaystyle S_{yy}=sum _{i=1}^{n}({bar {y}}-y_{i})^{2}} .

给定最小二乘回归线方程为 y ^ = a x + b = f ( x ) {displaystyle {hat {y}}=ax+b=f(x)} , 其中 b = y ¯ a x ¯ {displaystyle b={bar {y}}-a{bar {x}}}  ; a = S x y S x x {displaystyle a={frac {S_{xy}}{S_{xx}}}} . 则这时残差平方和可以表示为:

RSS = i = 1 n ( y i f ( x i ) ) 2 = i = 1 n ( y i ( a x i + b ) ) 2 = i = 1 n ( y i a x i y ¯ + a x ¯ ) 2 = i = 1 n ( a ( x ¯ x i ) ( y ¯ y i ) ) 2 = a 2 S x x 2 a S x y + S y y = S y y a S x y = S y y ( 1 S x y 2 S x x S y y ) {displaystyle {begin{aligned}operatorname {RSS} &=sum _{i=1}^{n}(y_{i}-f(x_{i}))^{2}=sum _{i=1}^{n}(y_{i}-(ax_{i}+b))^{2}=sum _{i=1}^{n}(y_{i}-ax_{i}-{bar {y}}+a{bar {x}})^{2}\&=sum _{i=1}^{n}(a({bar {x}}-x_{i})-({bar {y}}-y_{i}))^{2}=a^{2}S_{xx}-2aS_{xy}+S_{yy}=S_{yy}-aS_{xy}=S_{yy}left(1-{frac {S_{xy}^{2}}{S_{xx}S_{yy}}}right)end{aligned}}}

通过皮尔逊相关系数的公式,可以得到 RSS = S y y ( 1 r 2 ) {displaystyle operatorname {RSS} =S_{yy}(1-r^{2})} .

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