多元线性回归预测房价

本文探讨了多元线性回归模型在预测房价中的作用,通过EXCEL求解回归方程并利用机器学习库Sklearn进行验证,强调自变量选择的重要性,包括线性相关性、互斥性和数据完整性。

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一、前言


(一)多元线性回归模型
   在回归分析中,如果有两个或两个以上的自变量,就称为多元回归。事实上,一种现象常常是与多个因素相联系的,由多个自变量的最优组合共同来预测或估计因变量,比只用一个自变量进行预测或估计更有效,更符合实际。因此多元线性回归比一元线性回归的实用意义更大。

  多元线性回归模型,(multivariable linear regression model )在实际经济问题中,一个变量往往受到多个变量的影响。例如,家庭消费支出,除了受家庭可支配收入的影响外,还受诸如家庭所有的财富、物价水平、金融机构存款利息等多种因素的影响。

(二)表达式和计算模型
多元线性回归模型的一般形式为

Yi=β0+β1X1i+β2X2i+…+βkXki+μi i=1,2,…,n

其中 k为解释变量的数目,βj(j=1,2,…,k)称为回归系数(regression coefficient)。上式也被称为总体回归函数的随机表达式。它的非随机表达式为

E(Y∣X1i,X2i,…Xki,)=β0+β1X1i+β2X2i+…+βkXki

βj也被称为偏回归系数(partial regression coefficient)

一元线性回归是一个主要影响因素作为自变量来解释因变量的变化,在现实问题研究中,因变量的变化往往受几个重要因素的影响,此时就需要用两个或两个以上的影响因素作为自变量来解释因变量的变化,这就是多元回归亦称多重回归。当多个自变量与因变量之间是线性关系时,所进行的回归分析就是多元线性回归。  设y为因变量X1,X2…Xk为自变量

### 多元线性回归房价预测示例 以下是通过 Python 的 `scikit-learn` 库实现多元线性回归预测房价的一个完整代码示例: ```python import numpy as np import pandas as pd from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.linear_model import LinearRegression from sklearn.metrics import mean_squared_error, r2_score # 假设我们有一个包含房屋特征的数据集 (例如面积、房间数量、位置等),以及对应的房价 data = { 'Area': [1400, 1600, 1700, 1875, 1100, 1550], 'Rooms': [3, 3, 3, 4, 2, 3], 'Location': [1, 0, 1, 0, 1, 0], # 使用虚拟变量编码地理位置 'Price': [245000, 312000, 279000, 308000, 199000, 219000] } df = pd.DataFrame(data) # 特征和目标变量分离 X = df[['Area', 'Rooms', 'Location']] # 自变量(特征) y = df['Price'] # 因变量(目标) # 将数据分为训练集和测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) # 创建并拟合模型 lin_reg = LinearRegression() lin_reg.fit(X_train, y_train) # 输出模型系数和截距 print(f'Coefficients: {lin_reg.coef_}') # 模型权重[^4] print(f'Intercept: {lin_reg.intercept_}') # 模型偏置项 # 对测试集进行预测 y_pred = lin_reg.predict(X_test) # 计算评估指标 mse = mean_squared_error(y_test, y_pred) r2 = r2_score(y_test, y_pred) print(f'Mean Squared Error: {mse}') print(f'R-squared Score: {r2}') # 打印实际值与预测值对比 comparison = pd.DataFrame({'Actual': y_test, 'Predicted': y_pred}) print(comparison) ``` 此代码实现了以下功能: 1. 数据准备阶段,创建了一个简单的房屋价格数据集。 2. 利用 `train_test_split` 方法将数据划分为训练集和测试集。 3. 构建了多元线性回归模型,并对其进行训练。 4. 测试模型性能,计算均方误差(MSE)和决定系数 $ R^2 $。 --- #### 关于多元线性回归的关键概念说明 多元线性回归是一种经典的监督学习算法,其核心在于建立多个自变量与一个因变量之间的线性关系[^1]。 在上述代码中,模型的目标是找到最佳的参数组合 $\beta$ 和截距 $\alpha$ 来最小化残差平方和(RSS)。具体形式如下所示: $$ \hat{y} = \alpha + \beta_1x_1 + \beta_2x_2 + ... + \beta_nx_n $$ 其中,$\hat{y}$ 表示预测值;$x_i$ 是第 i 个自变量;而 $\beta_i$ 则对应各变量前的回归系数。 此外,在现代应用中,为了防止过拟合现象的发生,通常会引入正则化手段改进传统多元线性回归模型。 --- #### 结果解释 运行以上程序后可以得到模型的各项评价指标,如 MSE 和 $R^2$ 分数。这些分数能够帮助判断当前构建的模型对于给定数据的表现优劣程度。如果发现效果不佳,则可考虑增加更多有意义的特征或者尝试其他高级方法优化现有流程。 ---
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