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數學公式

數學公式: 線性迴歸計算機(最小平方法)

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結果

配適迴歸直線
y = 2.2 + 0.6 x
Strong correlation
斜率 B 0.6
截距 A 2.2
相關係數 r 0.7745966692
資料點數 n 5
x 平均值(xBar) 3
y 平均值(yBar) 4
Sxx 10
Syy 6
Sxy 6

什麼是線性迴歸(最小平方法)計算機?

這個工具會用普通最小平方法(OLS)為一組 (x, y) 資料點配適出最佳直線 \(y = A + B\cdot x\)。它會回傳斜率 B、截距 A、x 與 y 的平均值、各項平方和、配適後的迴歸方程式,以及皮爾森相關係數 \(r\)——同時附上一句白話說明,讓你快速掌握這個相關性到底有多強。

散佈圖中的最佳擬合直線使到各點的垂直距離最小化
最小平方直線擬合散點 (x, y) 的趨勢。

使用方式

在資料框中每行輸入一組 (x, y),數值之間用逗號或空格分隔,例如 1, 2。空白行、不完整的行以及非數字的欄位都會被自動略過。至少要有兩組有效資料,才能確定一條直線。接著選擇要顯示幾位有效數字(這只影響呈現格式,不會改變計算結果),就能讀取斜率、截距與 \(r\)。

公式說明

設有 \(n\) 組有效資料,先計算平均值 \(\bar{x} = \sum x_i / n\) 與 \(\bar{y} = \sum y_i / n\)。接著求各項平方和與交叉乘積和: $$S_{xx} = \sum x_i^2 - n\,\bar{x}^2,\quad S_{yy} = \sum y_i^2 - n\,\bar{y}^2,\quad S_{xy} = \sum x_i y_i - n\,\bar{x}\,\bar{y}.$$ 則斜率 $$B = \frac{S_{xy}}{S_{xx}},\qquad A = \bar{y} - B\,\bar{x},\qquad r = \frac{S_{xy}}{\sqrt{S_{xx}}\cdot\sqrt{S_{yy}}}.$$ 若所有 x 值都相同(\(S_{xx} = 0\)),就無法配適出非垂直的直線;若 \(S_{yy} = 0\),\(r\) 無從定義,會以 0 表示。

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顯示資料點與迴歸直線之間垂直殘差線段的示意圖
最小平方法使垂直殘差的平方和最小化。

實例演算

資料:(1,2)、(2,4)、(3,5)、(4,4)、(5,5),\(n = 5\)。\(\sum x = 15\)、\(\sum y = 20\) → \(\bar{x} = 3\)、\(\bar{y} = 4\)。\(\sum x^2 = 55\) → \(S_{xx} = 55 - 45 = 10\)。\(\sum y^2 = 86\) → \(S_{yy} = 86 - 80 = 6\)。\(\sum xy = 66\) → \(S_{xy} = 66 - 60 = 6\)。斜率 \(B = 6/10 = 0.6\),截距 \(A = 4 - 0.6\cdot 3 = 2.2\),\(r = 6/\sqrt{60} \approx 0.7746\)(強相關)。配適直線: $$y = 2.2 + 0.6\cdot x.$$

常見問題

\(r\) 代表什麼?\(r\) 是皮爾森相關係數,範圍介於 −1 到 +1 之間。越接近 ±1 表示線性關係越強;越接近 0 則表示幾乎沒有線性關係。可參考以下標準:\(|r| > 0.7\) 為強、0.4–0.7 為中等、0.2–0.4 為弱、低於 0.2 視為無相關。

如果我的資料點全都垂直排列怎麼辦?若每個 x 值都相同,則 \(S_{xx} = 0\),無法配適最小平方法直線——此時計算機會回報錯誤。

「顯示位數」選項會改變答案嗎?不會。它只控制顯示幾位有效數字;迴歸計算一律以完整精度進行。

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