什麼是倒數迴歸?
倒數迴歸(又稱反比迴歸)是把一組成對觀測值擬合到模型 \(y = A + \frac{B}{x}\) 的方法。當某個量隨著 1/x 而衰減時,這條曲線就是最自然的選擇——例如當 x 很小時反應值很高,而 x 越來越大時逐漸趨近於某個常數基準值 A。由於這個模型對轉換後的自變數 \(u = \frac{1}{x}\) 而言是線性的,因此可以用普通最小平方法(OLS)精確求解。這是一項通用的數學與統計工具,公式在世界各地都完全相同。
如何使用
輸入資料時,每行填一個資料點,格式為 x, y(以逗號或空格分隔)。至少需要兩個點,且每個 x 都不可為零,因為模型用到了 1/x。你可以選擇顯示結果的有效位數(此設定只影響顯示格式,不影響內部運算)。計算器會回傳截距 A、分子係數 B、1/x 與 y 之間的相關係數 r、完整代入後的方程式,以及一組取樣後的擬合曲線點,方便你和散佈點一起作圖比較。
公式說明
對每個點計算 \(u_i = \frac{1}{x_i}\),再以 y 對 u 做簡單線性迴歸。利用平均值 uBar 與 yBar,計算 \(S_{uu} = \sum u^2 - n\cdot \text{uBar}^2\)、\(S_{uy} = \sum (u\cdot y) - n\cdot \text{uBar}\cdot \text{yBar}\) 與 \(S_{yy} = \sum y^2 - n\cdot \text{yBar}^2\)。接著,斜率為 \(B = \frac{S_{uy}}{S_{uu}}\),截距為 \(A = \text{yBar} - B\cdot \text{uBar}\),相關係數為 \(r = \frac{S_{uy}}{\sqrt{S_{uu}} \cdot \sqrt{S_{yy}}}\)。
實例演算
以 x = [1, 2, 3, 4, 5]、y = [6, 3, 2, 1.5, 1.2] 為例:uBar = 0.456667、yBar = 2.74、\(S_{uu} = 0.420889\)、\(S_{uy} = 2.525333\)、\(S_{yy} = 15.152\)。於是 $$B = \frac{2.525333}{0.420889} = 6.000$$ $$A = 2.74 - 6\cdot 0.456667 = 0.000$$ $$r = \frac{2.525333}{0.648759 \cdot 3.892557} = 1.000$$擬合結果恰好是 \(y = \frac{6}{x}\),呈現完美的反比關係。
常見問題
為什麼 x 不能為零?模型用到了 1/x,而 1/x 在 x = 0 時沒有定義,因此這樣的資料列會被略過並另行標示。
這裡的 r 代表什麼?它衡量 1/x 線性預測 y 的程度:|r| 大於 0.7 為強相關,0.4–0.7 為中度相關,0.2–0.4 為弱相關,低於 0.2 則無相關。
什麼情況下擬合會失敗?若所有 x 值都相同,則每個 1/x 都一樣,導致 \(S_{uu} = 0\),斜率也就無法求得。