Как рассчитать линейный коэффициент корреляции

Коэффициент корреляции (или линейный коэффициент корреляции) обозначается как «r» (в редких случаях как «ρ») и характеризует линейную корреляцию (то есть взаимосвязь, которая задается некоторым значением и направлением) двух или более переменных. Значение коэффициента лежит между -1 и +1, то есть корреляция бывает как положительной, так и отрицательной. Если коэффициент корреляции равен -1, имеет место идеальная отрицательная корреляция; если коэффициент корреляции равен +1, имеет место идеальная положительная корреляция. В остальных случаях между двумя переменными наблюдается положительная корреляция, отрицательная корреляция или отсутствие корреляции. Коэффициент корреляции можно вычислить вручную, с помощью бесплатных онлайн-калькуляторов или с помощью хорошего графического калькулятора.

Метод 1

Метод 1 из 4:

Вычисление коэффициента корреляции вручную

Загрузить PDF

1
Соберите данные. Перед тем как приступить к вычислению коэффициента корреляции, изучите данные пары чисел. Лучше записать их в таблицу, которую можно расположить вертикально или горизонтально. Каждую строку или столбец обозначьте как «х» и «у».^{[1]XИсточник информации}
- Например, даны четыре пары значений (чисел) переменных «х» и «у». Можно создать следующую таблицу:
  - x || y
  - 1 || 1
  - 2 || 3
  - 4 || 5
  - 5 || 7
2
Вычислите среднее арифметическое «х». Для этого сложите все значения «х», а затем полученный результат разделите на количество значений.^{[2]XИсточник информации}
- В нашем примере даны четыре значения переменной «х». Чтобы вычислить среднее арифметическое «х», сложите эти значения, а затем сумму разделите на 4. Вычисления запишутся так:
- $\mu _{x}=(1+2+4+5)/4$
- $\mu _{x}=12/4$
- $\mu _{x}=3$
3
Найдите среднее арифметическое «у». Для этого выполните аналогичные действия, то есть сложите все значения «у», а затем сумму разделите на количество значений.^{[3]XИсточник информации}
- В нашем примере даны четыре значения переменной «у». Сложите эти значения, а затем сумму разделите на 4. Вычисления запишутся так:
- $\mu _{y}=(1+3+5+7)/4$
- $\mu _{y}=16/4$
- $\mu _{y}=4$
4
Вычислите стандартное отклонение «х». Вычислив средние значения «х» и «у», найдите стандартные отклонения этих переменных. Стандартное отклонение вычисляется по следующей формуле:^{[4]XИсточник информации}
- $\sigma _{x}={\sqrt {{\frac {1}{n-1}}\Sigma (x-\mu _{x})^{2}}}$
- В нашем примере вычисления запишутся так:
- $\sigma _{x}={\sqrt {{\frac {1}{4-1}}*((1-3)^{2}+(2-3)^{2}+(4-3)^{2}+(5-3)^{2})}}$
- $\sigma _{x}={\sqrt {{\frac {1}{3}}*(4+1+1+4)}}$
- $\sigma _{x}={\sqrt {{\frac {1}{3}}*(10)}}$
- $\sigma _{x}={\sqrt {\frac {10}{3}}}$
- $\sigma _{x}=1,83$
5
Вычислите стандартное отклонение «у». Выполните действия, которые описаны в предыдущем шаге. Воспользуйтесь той же формулой, но подставьте в нее значения «у».^{[5]XИсточник информации}
- В нашем примере вычисления запишутся так:
- $\sigma _{y}={\sqrt {{\frac {1}{4-1}}*((1-4)^{2}+(3-4)^{2}+(5-4)^{2}+(7-4)^{2})}}$
- $\sigma _{y}={\sqrt {{\frac {1}{3}}*(9+1+1+9)}}$
- $\sigma _{y}={\sqrt {{\frac {1}{3}}*(20)}}$
- $\sigma _{y}={\sqrt {\frac {20}{3}}}$
- $\sigma _{y}=2,58$
6
Запишите основную формулу для вычисления коэффициента корреляции. В эту формулу входят средние значения, стандартные отклонения и количество (n) пар чисел обеих переменных. Коэффициент корреляции обозначается как «r» (в редких случаях как «ρ»). В этой статье используется формула для вычисления коэффициента корреляции Пирсона.^{[6]XИсточник информации}
- $\rho =\left({\frac {1}{n-1}}\right)\Sigma \left({\frac {x-\mu _{x}}{\sigma _{x}}}\right)*\left({\frac {y-\mu _{y}}{\sigma _{y}}}\right)$
- Здесь и в других источниках величины могут обозначаться по-разному. Например, в некоторых формулах присутствуют «ρ» и «σ», а в других «r» и «s». В некоторых учебниках приводятся другие формулы, но они являются математическими аналогами приведенной выше формулы.
7
Вычислите коэффициент корреляции. Вы вычислили средние значения и стандартные отклонения обеих переменных, поэтому можно воспользоваться формулой для вычисления коэффициента корреляции. Напомним, что «n» – это количество пар значений обеих переменных. Значение других величин были вычислены ранее.^{[7]XИсточник информации}
- В нашем примере вычисления запишутся так:
- $\rho =\left({\frac {1}{n-1}}\right)\Sigma \left({\frac {x-\mu _{x}}{\sigma _{x}}}\right)*\left({\frac {y-\mu _{y}}{\sigma _{y}}}\right)$
- $\rho =\left({\frac {1}{3}}\right)*$ [ $\left({\frac {1-3}{1,83}}\right)*\left({\frac {1-4}{2,58}}\right)+\left({\frac {2-3}{1,83}}\right)*\left({\frac {3-4}{2,58}}\right)$
  $+\left({\frac {4-3}{1,83}}\right)*\left({\frac {5-4}{2,58}}\right)+\left({\frac {5-3}{1,83}}\right)*\left({\frac {7-4}{2,58}}\right)$ ]
- $\rho =\left({\frac {1}{3}}\right)*\left({\frac {6+1+1+6}{4,721}}\right)$
- $\rho =\left({\frac {1}{3}}\right)*2,965$
- $\rho =\left({\frac {2,965}{3}}\right)$
- $\rho =0,988$
8
Проанализируйте полученный результат. В нашем примере коэффициент корреляции равен 0,988. Это значение некоторым образом характеризует данный набор пар чисел. Обратите внимание на знак и величину значения.^{[8]XИсточник информации}
- Так как значение коэффициента корреляции положительно, между переменными «х» и «у» имеет место положительная корреляция. То есть при увеличении значения «х», значение «у» тоже увеличивается.
- Так как значение коэффициента корреляции очень близко к +1, значения переменных «х» и «у» сильно взаимосвязаны. Если нанести точки на координатную плоскость, они расположатся близко к некоторой прямой.
Реклама

Метод 2

Метод 2 из 4:

Использование онлайн-калькуляторов для вычисления коэффициента корреляции

Загрузить PDF

В интернете найдите калькулятор для вычисления коэффициента корреляции. Этот коэффициент довольно часто вычисляется в статистике. Если пар чисел много, вычислить коэффициент корреляции вручную практически невозможно. Поэтому существуют онлайн-калькуляторы для вычисления коэффициента корреляции. В поисковике введите «коэффициент корреляции калькулятор» (без кавычек).
2
Введите данные. Ознакомьтесь с инструкциями на сайте, чтобы правильно ввести данные (пары чисел). Крайне важно вводить соответствующие пары чисел; в противном случае вы получите неверный результат. Помните, что на разных веб-сайтах различные форматы ввода данных.
- Например, на сайте http://ncalculators.com/statistics/correlation-coefficient-calculator.htm значения переменных «х» и «у» вводятся в двух горизонтальных строках. Значения разделяются запятыми. То есть в нашем примере значения «х» вводятся так: 1,2,4,5, а значения «у» так: 1,3,5,7.
- На другом сайте, http://www.alcula.com/calculators/statistics/correlation-coefficient/, данные вводятся по вертикали; в этом случае не перепутайте соответствующие пары чисел.
Введя данные, просто нажмите на кнопку «Calculate», «Вычислить» или аналогичную, чтобы получить результат.
Реклама

Метод 3

Метод 3 из 4:

Использование графического калькулятора

Загрузить PDF

1
Введите данные. Возьмите графический калькулятор, перейдите в режим статистических вычислений и выберите команду «Edit» (Редактировать).^{[9]XИсточник информации}
- На разных калькуляторах нужно нажимать различные клавиши. В этой статье рассматривается калькулятор Texas Instruments TI-86.
- Чтобы перейти в режим статистических вычислений, нажмите [2nd] – Stat (над клавишей «+»). Затем нажмите F2 – Edit (Редактировать).
2
Удалите предыдущие сохраненные данные. В большинстве калькуляторов введенные статистические данные хранятся до тех пор, пока вы не сотрете их. Чтобы не спутать старые данные с новыми, сначала удалите любую сохраненную информацию.^{[10]XИсточник информации}
- С помощью клавиш со стрелками переместите курсор и выделите заголовок «xStat». Затем нажмите Clear (Очистить) и Enter (Ввести), чтобы удалить все значения, введенные в столбец xStat.
- С помощью клавиш со стрелками выделите заголовок «yStat». Затем нажмите Clear (Очистить) и Enter (Ввести), чтобы удалить все значения, введенные в столбец уStat.
3
Введите исходные данные. С помощью клавиш со стрелками переместите курсор в первую ячейку под заголовком «xStat». Введите первое значение и нажмите Enter. В нижней части экрана отобразится «xStat (1) = __», где вместо пробела будет стоять введенное значение. После того как вы нажмете Enter, введенное значение появится в таблице, а курсор переместится на следующую строку; при этом в нижней части экрана отобразится «xStat (2) = __».^{[11]XИсточник информации}
- Введите все значения переменной «х».
- Введя все значения переменной «х», с помощью клавиш со стрелками перейдите в столбец yStat и введите значения переменной «у».
- После ввода всех пар чисел нажмите Exit (Выйти), чтобы очистить экран и выйти из режима статистических вычислений.
4
Вычислите коэффициент корреляции. Он характеризует, насколько близко данные расположены к некоторой прямой. Графический калькулятор может быстро определить подходящую прямую и вычислить коэффициент корреляции.^{[12]XИсточник информации}
- Нажмите Stat (Статистика) – Calc (Вычисления). На TI-86 нужно нажать [2nd] – [Stat] – [F1].
- Выберите функцию «Linear Regression» (Линейная регрессия). На TI-86 нажмите [F3], которая обозначена как «LinR». На экране отобразится строка «LinR _» с мигающим курсором.
- Теперь введите имена двух переменных: xStat и yStat.
  - На TI-86 откройте список имен; для этого нажмите [2nd] – [List] – [F3].
  - В нижней строке экрана отобразятся доступные переменные. Выберите [xStat] (для этого, скорее всего, нужно нажать F1 или F2), введите запятую, а затем выберите [yStat].
  - Нажмите Enter, чтобы обработать введенные данные.
5
Проанализируйте полученные результаты. Нажав Enter, на экране отобразится следующая информация:^{[13]XИсточник информации}
- $y=a+bx$ : это функция, которая описывает прямую. Обратите внимание, что функция записана не в стандартной форме (у = kх + b).
- $a=$ . Это координата «у» точки пересечения прямой с осью Y.
- $b=$ . Это угловой коэффициент прямой.
- ${\text{corr}}=$ . Это коэффициент корреляции.
- $n=$ . Это количество пар чисел, которое было использовано в вычислениях.
Реклама

Метод 4

Метод 4 из 4:

Объяснение основных понятий

Загрузить PDF

1
Разберитесь с понятием корреляции. Корреляция – это статистическая взаимосвязь двух величин. Коэффициент корреляции – это числовое значение, которое можно вычислить для любых двух наборов данных. Значение коэффициента корреляции всегда лежит в диапазоне от -1 до +1 и характеризует степень взаимосвязи двух переменных.^{[14]XИсточник информации}
- Например, даны рост и возраст детей (около 12 лет). Скорее всего, здесь будет наблюдаться сильная положительная корреляция, потому что с возрастом дети становятся выше.
- Пример отрицательной корреляции: штрафные секунды и время, проведенное на тренировках по биатлону, то есть чем больше спортсмен тренируется, тем меньше штрафных секунд будет начислено.
- Наконец, иногда имеет место очень слабая корреляция (положительная или отрицательная), например, между размером обуви и оценками по математике.
2
Запомните, как вычислить среднее арифметическое. Чтобы вычислить среднее арифметическое (или среднее значение), нужно найти сумму всех данных значений, а затем разделить ее на количество значений. Помните, что среднее арифметическое необходимо для вычисления коэффициента корреляции.^{[15]XИсточник информации}
- Среднее значение переменной обозначается буквой с горизонтальной чертой над ней. Например, в случае переменных «х» и «у» их средние значения обозначаются так: x̅ и y̅. Иногда среднее значение обозначается греческой буквой «μ» (мю). Чтобы записать арифметическое среднее значений переменной «х», используйте обозначение μ_x или μ(x).
- Например, даны следующие значения переменной «х»: 1,2,5,6,9,10. Среднее арифметическое этих значений вычисляется так:
  - $\mu _{x}=(1+2+5+6+9+10)/6$
  - $\mu _{x}=33/6$
  - $\mu _{x}=5,5$
3
Обратите внимание на важность стандартного отклонения. В статистике стандартное отклонение характеризует степень разброса чисел по отношению к их среднему значению. Если стандартное отклонение мало, числа расположены близко к среднему значению; если стандартное отклонение велико, числа расположены далеко от среднего значения.^{[16]XИсточник информации}
- Стандартное отклонение обозначается буквой «s» или греческой буквой «σ» (сигма). Таким образом, стандартное отклонение значений переменной «х» обозначается так: s_x или σ_x.
4
Запомните символ, обозначающий операцию суммирования. Символ суммирования является одним из наиболее распространенных символов в математике и указывает на сумму значений. Этот символ представляет собой греческую букву «Σ» (прописная сигма).^{[17]XИсточник информации}
- Например, если даны следующие значения переменной «х»: 1,2,5,6,9,10, то Σx означает:
  - 1 + 2 + 5 + 6 + 9 + 10 = 33.
Реклама

Советы

Коэффициент корреляции иногда называют «коэффициентом корреляции Пирсона» в честь его разработчика Карла Пирсона.
В большинстве случаев, когда коэффициент корреляции больше 0,8 (положительный или отрицательный), имеет место сильная корреляция; если же коэффициент корреляции меньше 0,5 (положительный или отрицательный), наблюдается слабая корреляция.

Предупреждения

Корреляция характеризует взаимосвязь значений двух переменных. Но помните, что корреляция не имеет ничего общего с причинно-следственной связью. Например, если сравнить рост и размер обуви людей, вы, вероятно, обнаружите сильную положительную корреляцию. Как правило, чем выше человек, тем больше размер обуви. Но это не означает, что увеличение роста приводит к автоматическому увеличению размера обуви, или что большие ноги приведут к ускоренному росту. Эти величины просто взаимосвязаны.