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地特三等申論題 106年 [統計] 迴歸分析

第 一 題

📖 題組:
一國內規模最大的律師事務所專門辦理職災案件,總經理想了解他們在捷運上的廣告有沒有增加他們的業務量,根據過去隨機抽取 11 月的資料,利用兩個解釋變數:一為單月廣告費用X₁(單位為百萬元,平均值為1單位,標準差為2單位),另一個為主要競爭對手單月廣告費用 X2 (單位為百萬元,平均值為1單位,標準差為2單位)來預測職災案件的每月增加件數Y(單位為件,平均值為3件,標準差為2件),下表是以不同解釋變數配適每月增加件數Y之迴歸模型的參數最小平方估計量和誤差平方和 SSE。 迴歸模型代號 迴歸模型中的解釋變數 參數最小平方估計量SSE LM1 X1 b₁ = 0.3 5 LM2 X2 b2=-0.1 8 LM3 X1, X2 b₁ = 0.2, b2=-0.2 4 下面所有小題的計算若除不盡,一律四捨五入到小數第二位,否則不給分。
📝 此題為申論題,共 7 小題

小題 (一)

分別求出三個迴歸模型 LM1~LM3 之判定係數。(6分)

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本題的解題關鍵在於判定係數的公式 R² = 1 - (SSE/SST)。題目給了大量干擾資訊(如各解釋變數的標準差與迴歸係數),考生應聚焦於如何求出所有模型共用的總變異平方和 (SST)。透過「11個月的資料(n=11)」與「應變數Y的標準差(sy=2)」,即可算出 SST,再代入各模型的 SSE 即可順利解題。

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【解題關鍵】判定係數定義為 R² = 1 - (SSE/SST),且總平方和 SST = (n-1)s_y²。 【解答】 計算:

小題 (二)

分別求出三個迴歸模型 LM1~LM3 之修正判定係數。(6分)

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本題測驗「修正判定係數(Adjusted R-squared)」的計算。解題首要步驟是利用Y的標準差與樣本數反推總平方和(SST),接著代入各模型的誤差平方和(SSE)與解釋變數個數(k),利用公式求出修正判定係數並依題意四捨五入至小數第二位。

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【解題關鍵】利用反應變數Y的標準差求出總平⽅和(SST),再代入修正判定係數公式 $R_a^2 = 1 - \frac{SSE/(n-k-1)}{SST/(n-1)}$ 進行計算。 【解答】 計算:

小題 (三)

使用題(二)的結果求出Y 和X₁之相關係數以及Y 和X2之相關係數。(4分)

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本題若直接代入題目文字敘述的標準差,會導致多元迴歸係數產生數學矛盾(相關係數無實數解),因此文字中的標準差為干擾資訊。正確解法必須利用表格中三個模型的「誤差平方和(SSE)」與「迴歸係數」,建立聯立方程式來解出「總平方和(SST)」,再藉由決定係數反推相關係數。

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【解題思路】利用簡單與多元迴歸的誤差平方和 (SSE) 及迴歸平方和 (SSR) 的關係式,聯立求解出總平方和 (SST),進而推導相關係數。 【詳解】 已知:令總平方和為 $SST$,解釋變數 $X_1, X_2$ 的離均差平方和分別為 $S_{11}, S_{22}$。

小題 (四)

針對迴歸模型 LM3 於試卷上依序填入下列ANOVA 表中(1)~(8)之8個空格內容。(8分) Analysis of Variance Source DF Sum of Squares Mean Square F Value Model (1) (3) (6) (8) Error (2) (4) (7) Corrected Total 10 (5)

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本題測驗多元迴歸模型的變異數分析表(ANOVA表)建構。解題關鍵在於利用「Corrected Total DF = 10」與「依變數 Y 的標準差」反推總變異平方和(SST),再利用給定的誤差平方和(SSE)計算迴歸平方和(SSR),最後運用自由度推導均方(MS)與 F 檢定統計量。

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【解題關鍵】利用樣本標準差求出總變異平方和(SST),再依據 ANOVA 表各項關係式(SST = SSR + SSE)與自由度逐一推導。 【解答】 計算:

小題 (五)

針對迴歸模型 LM3 欲檢定 X2 的係數是否為0,求出偏F檢定的計算值。(6分)

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看到偏 F 檢定,首先聯想到全模型(Full Model)與縮減模型(Reduced Model)的比較。釐清檢定目標(X2 係數是否為 0)以確認縮減模型為 LM1,再利用兩者的誤差平方和(SSE)及自由度代入 F 統計量公式求解。

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【解題思路】利用偏 F 檢定(Partial F-test)的原理,找出全模型(LM3)與縮減模型(LM1)的誤差平方和(SSE)與自由度(df),代入 F 檢定統計量公式進行計算。 【詳解】 已知:

小題 (六)

針對迴歸模型 LM3,當迴歸係數在什麼條件下,MSR的期望值為²?(5分)

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本題測驗變異數分析 (ANOVA) 中迴歸均方 (MSR) 的理論期望值。考生應回想 E(MSR) 的理論公式,並觀察在什麼條件下,公式中除了誤差變異數 σ² 以外的附加項會等於零,進而推導出真實迴歸係數必須全為 0 的結論。

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【解題思路】利用變異數分析 (ANOVA) 中迴歸均方 (MSR) 的期望值公式推導出係數條件。 【詳解】 已知:迴歸模型 LM3 為包含兩個解釋變數的多元迴歸模型:$Y_i = \beta_0 + \beta_1 X_{i1} + \beta_2 X_{i2} + \epsilon_i$,其中誤差項 $\epsilon_i \sim iid(0, \sigma^2)$。

小題 (七)

若三個變數之變異數-共變異數矩陣為: 110 V=141 0116 為了求其相關係數矩陣,需在V前後乘一個對角矩陣,寫出此對角矩陣。(5分)

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看到變異數-共變異數矩陣要求轉換為相關係數矩陣,應立刻想到利用標準差的倒數所構成的對角矩陣。取出矩陣主對角線上的變異數並開根號得到標準差,將其取倒數即可建構所需的對角矩陣。

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【解題關鍵】變異數-共變異數矩陣轉換為相關係數矩陣所需乘上的對角矩陣,其主對角線元素為各變數標準差的倒數。 【解答】 計算:

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