因子模型教学内容

数学(shùxué)建模方法之概率(gàilǜ)统计分析法第一页，共41页。主成分分析因子模型马氏链模型统计回归(huíguī)模型排队论模型概率模型第二页，共41页。第一篇主成分(chéngfèn)分析在实际经济工作中，我们经常碰到多变量或多指标问题，例如，企业经济效益的评价，地区经济发展情况比较。由于变量或指标较多，且变量或指标之间存在一定的相关性，人们自然希望用较少的变量或指标代替原来较多的变量或指标，而且可尽量保存原有信息(xìnxī)，利用这种降维的思想产生了主成分分析方法第三页，共41页。主成分分析法：就是设法将原来的具有一定相关性的变量或者指标，重新组成一组新的相互无关的少数几个综合(zōnghé)变量或指标，以此代替原来的变量或指标。简单的说就是降维。应用：综合(zōnghé)评价（系统评估）第四页，共41页。例：对我国上市公司(shànɡshìɡōnɡsī)的经济效益进行综合评判。

上市公司资金利税率x1产值利税率x2百元销售成本利润x3百元销售收入利税x4流动资金周转次数x5主营利润增长率x6qinghua5.418.052.092.431.307.51beida7.218.544.515.261.4310.44hualian8.389.524.275.071.7010.49xinya6.319.973.634.591.297.21yanzhong8.971.431.731.181.105.22shuiyun3.746.470.330.390.985.24cengxin3.635.79-1.09-1.291.174.71qingshan14.475.977.621.371.2010.56pudong8.188.203.414.011.7512.13第五页，共41页。主成分分析步骤：1.将数据标准化，标准化后的数据矩阵仍记X阵。2.求矩阵X的相关系数阵3.求R的全部特征根i及相应的特征向量()。4.根据前k个主分量累计贡献率大小（∑），确定主成分（因子(yīnzǐ)）个数。根据具体指标内容和指标变量系数大小解释主成分含义。用每个主成分的贡献率作权数，给出多指标综合评价值。第六页，共41页。EigenvaluesoftheCorrelationMatrixEigenvalueDifferenceProportionCumulative14.047670163.037348020.67460.674621.010322140.302483690.16840.843030.707838450.553001900.11800.961040.154836550.100373280.02580.986850.054463270.029593850.00910.995960.024869420.00411.0000第七页，共41页。第八页，共41页。ObsPrin1Prin2Prin3Prin4Prin5Prin61-0.38118-0.32367-0.044500.303630.004300.0643720.57795-0.354160.492790.55119-0.187260.1741430.69219-0.215880.405570.40041-0.104610.0539340.22635-0.394190.275210.632960.13851-0.064815-0.82981-0.402930.47330-0.42964-0.55401-0.350206-1.19410-0.40627-0.368480.140000.022210.010637-1.63568-0.26394-0.67179-0.151890.01702-0.0376980.95195-0.461561.61851-0.925200.083940.2553090.46501-0.148880.190700.16273-0.303270.2088310-1.45693-0.18670-0.55658-0.17088-0.10267-0.0092211-0.294013.71727-0.02727-0.02382-0.064190.03517120.080410.225421.716940.127180.45539-0.2666813-2.11628-0.16312-0.90179-0.167840.14422-0.0333414-0.94513-0.31477-0.395130.097600.11375-0.03132156.74015-0.06989-1.12895-0.166180.04080-0.1139416-0.88090-0.23673-1.07853-0.380250.295890.10482第九页，共41页。用于系统评估的方法：关键问题(wèntí)是如何科学的客观地将一个多指标问题(wèntí)转化为单指标问题(wèntí)第一种方法：用第一主成分得分y=F1.必须要求：所有系数均为正第二种方法：将主成分F1,F2,Fm进行(jìnxíng)线性组合,系数为方差贡献率第十页，共41页。yidiyizhuchengfenpaixv13:30Saturday,July17,199935

namePrin1x1x2x3x4x5x6

laigang-2.116282.175.70-2.11-2.571.343.21cengxin-1.635683.635.79-1.09-1.291.174.71xinbai-1.456934.275.35-0.71-0.831.385.68shuiyun-1.194103.746.470.330.390.985.24guangsha-0.945134.657.800.530.651.185.82chanhong-0.880905.6510.63-0.92-1.191.088.84yanzhong-0.829818.971.431.731.181.105.22Qinghua-0.381185.418.052.092.431.307.51guoji-0.294018.078.690.730.8910.7510.16zonghang0.080419.666.276.692.633.051.64xinya0.226356.319.973.634.591.297.21pudong0.465018.188.203.414.011.7512.13beida0.577957.218.544.515.261.4310.44hualian0.692198.389.524.275.071.7010.49qingshan0.9519514.475.977.621.371.2010.56xiaxin6.7401525.9533.526.9615.381.5136.89

第十一页，共41页。统计软件SAS(关于主成分(chéngfèn)分析）数据的输入（介绍两种方法）data数据名（haimen);inputname$x1x2x3x4x5x6;card;qinghua50122run;外部文件(wénjiàn)转化为SAS数据集：已知c盘根目录下文件(wénjiàn)名test.dat为的数据文件(wénjiàn)张三男82956478data数据名（chengji);infile‘c:\test.dat’;inputname$sex$chinesemathsenglishchemisty;run;

第十二页，共41页。主成分(chéngfèn)分析Procprincompn=6out=out1;varx1-x6;run;procprintdata=out1;varprin1-prin6;run;第十三页，共41页。数据(shùjù)预处理一致性处理：越大越差、越大越好归一化处理（去量纲(liànɡɡānɡ)）：(x-max(xi))/极差，x/max(xi),标准化处理（x-均值）/方差第十四页，共41页。第二篇因子(yīnzǐ)模型因子分析是统计中一种重要的分析方法，他的主要特点在于(zàiyú)能探索不易观测或不能观察的潜在因素。它在社会调查、气象、地质等方面有广泛应用。第十五页，共41页。若有n个学生，每个学生考五门(wǔmén)课，考试成绩反映了学生的素质和能力，理解能力，逻辑能力，记忆能力，对文字符号概念的反应速度，能否从学生的学习成绩去寻找出反映这些能力的量。第十六页，共41页。因子(yīnzǐ)模型为:其中：为原指标,称为的公共因子或潜因子,为的特殊因子可将上式写成矩阵表示形式(xíngshì)：称为因子载荷阵

第十七页，共41页。因子分析步骤：前四步骤与主成分(chéngfèn)步骤相同，在此略。5.求初始因子载荷阵A。6.若公因子的含义不清楚，不便于实际解释时，将初始因子阵作旋转处理，直到达到要求。7.根据因子载荷大小说明因子具体含义。将因子表示成原指标变量线性组合，估计因子得分。用每个因子的贡献率作权数，给出多指标综合评价值。第十八页，共41页。因子载荷阵的统计意义模型中载荷矩阵(jǔzhèn)中的元素称为因子载荷。因子载荷是与的协方差，也是与的相关系数，它表示依赖的程度。可将看作第i个变量在第j个公共因子上的权，的绝对值越大，表明与的相依程度越大，或称公共因子对于的载荷量越大。为了得到因子分析结果的经济解释，因子载荷矩阵(jǔzhèn)A中有两个统计量十分重要，即变量共同度和公共因子的方差贡献。第十九页，共41页。变量共同度因子载荷矩阵中第i行元素之平方和记为，即，称为变量的共同度。它是全部公共因子对的方差(fānɡchà)所做出的贡献，反映了全部公共因子对变量的影响。越大表明对于F的每一分量的共同依赖程度大。第二十页，共41页。

公共因子的方差贡献将因子载荷矩阵的第j列的各元素的平方和记为，即，称为公共因子对x的方差贡献。就表示第j个公共因子对于的每一分量所提供方差的总和(zǒnghé)，它是衡量公共因子相对重要性的指标。越大，表明公共因子对x的贡献越大,如果将因子载荷矩阵的所有都计算出来，使其按照大小排序，就可以依此提炼出最有影响力的公共因子。第二十一页，共41页。因子(yīnzǐ)载荷阵A（主成分法）一般设为样本相关阵R的特征(tèzhēng)根，为对应的标准正交化特征(tèzhēng)向量。则因子载荷阵A的一个解为：

第二十二页，共41页。因子(yīnzǐ)旋转建立因子分析模型的目的不仅是找出主因子，更重要的是知道每个公共因子的意义，以便对实际问题进行分析。如果求出主因子解后，各个主因子的典型代表变量不很突出，我们(wǒmen)就可以利用因子载荷阵的不唯一性这一特点对得到的因子模型进行旋转使得变换后的公共因子和载荷阵有明显的实际意义。最常用的方法是最大方差正交旋转法(Varimax)。进行因子旋转，就是要使因子载荷矩阵中因子载荷的平方值向0和1两个方向分化，使大的载荷更大，小的载荷更小。接近于1的表明公因子与的相关性很强，在很大的程度上解释了的变化；接近于0的表明与的相关性很弱。。第二十三页，共41页。例：对我国上市公司的经济效益(jīnɡjìxiàoyì)进行因子分析Procfactormethod=principaln=2rotate=varinmaxall;Varx1-x6;Run;第二十四页，共41页。Factor1=0.95056x1+0.89158x2+0.75108x3+0.9565x4+0.24829x5+0.9247x6Factor2=0.0091x1-0.30529x2+0.49587x3-0.01446x4+0.89379x5-0.34281x6第二十五页，共41页。马氏链模型(móxíng)：系统在每个时期所处的状态是随机的，且这个时期到下个时期的状态按照一定的概率进行(jìnxíng)转移，并且下个时期的状态只取决于这个时期的状态和转移概率，与以前无关，此称为马氏性或无后效性。具有此种性质的随机序列称为马氏链。马氏链模型在经济学、社会学、生态学、遗传学等许多领域有着广泛地应用。第二十六页，共41页。设随机序列(xùliè){X(n),n=0,1,2,···}的离散状态空间E为{1,2,···}，下面定义马尔科夫链。定义1设随机序列(xùliè){X(n),n=0,1,2,···}的离散状态空间为E，若对于任意m个非负整数和任意自然数k，以及任意，满足=

则称{X(n),n=0,1,2,···}为马尔科夫链。第二十七页，共41页。第二十八页，共41页。第一节马氏链模型数学(shùxué)表述马氏链：设随机变量序列，其状态空间，若则随机变量序列称为(chēnɡwéi)马氏链转移概率（比例频率）时齐的齐次的第二十九页，共41页。第二节：钢琴销售(xiāoshòu)的存储策略一家商店根据以往的经验，知道平均每周只能售出1架钢琴，先在经理制定的存储策略(cèlüè)为：每周末检查库存量，仅当库存量为零时，才定购三架钢琴以供下周销售；否则，不定购。试估计在这种策略(cèlüè)下失去销售机会的可能性有多大，以及每周的平均销售量是多少？第三十页，共41页。第三节基因(jīyīn)遗传生物的外部表征是由生物体内相应的基因决定，基因分优势基因和劣势基因两种，分别(fēnbié)用d和r表示，则有三种基因类型，即D(dd)H(dr)R(rr)优种混种劣种第三十一页，共41页。生物繁殖时，一个后代随机的继承父亲两个基因中的一个，母亲两个基因中的一个，形成自己(zìjǐ)的基因

所以父母的基因类型就以一定的概率决定了每一后代的基因类型。父母基因后代基因DDRRDHDRHHHRD10½0¼000½1½½0100¼½HR第三十二页，共41页。

随机(suíjī)交配、近亲繁殖

假设在某一生物群体(qúntǐ)中雄性与雌性的比例是相等的，且在雄性中D,H,R的比例与在雌性中D,H,R的比例相等。第三十三页，共41页。随机交配(jiāopèi)：对每一个雌性（或雄性）个体，都以D,H,R的数量比例为概率，与一个雄性（或雌性）个体交配(jiāopèi)，后代按照前述规则形成他的基因类型设D(dd)：H(dr)：R(rr)=a:2b:c且a+2b+c=1记p=a+b,q=b+c,则群体中优势基因d与劣势基因r的数量比例为d:r=p:q且p+q=1

第三十四页，共41页。转移(zhuǎnyí)矩阵第三十五页，共41页。第四