python 皮尔森相关系数(Pearson)

本文介绍了皮尔森相关系数的概念及其在统计中的应用,包括总体和样本的定义,两种计算方式,并展示了如何使用Python进行计算。通过生成随机数据集,绘制散点图并运用pandas和scipy库计算相关系数及显著性检验。此外,还提供了自定义函数实现相关系数的计算。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

一、概述

  • 皮尔森相关系数也称皮尔森积矩相关系数(Pearson product-moment correlation coefficient) ,是一种线性相关系数,是最常用的一种相关系数。记为r,用来反映两个变量X和Y的线性相关程度,r 值介于-1到1之间,绝对值越大表明相关性越强。
  • 适用连续变量。
  • 相关系数与相关程度一般划分为
       0.8 - 1.0 极强相关
       0.6 - 0.8 强相关
       0.4 - 0.6 中等程度相关
       0.2 - 0.4 弱相关
       0.0 - 0.2 极弱相关或无相关

二、定义

2.1 总体样本定义

ρ X , Y = c o v ( X , Y ) σ X σ Y = E ( X − μ X ) E ( Y − μ Y ) σ X σ Y \begin{aligned} \rho_{X,Y} = \frac {cov(X,Y)} {\sigma_{X} \sigma_{Y}} = \frac {E(X-\mu_{X}) E(Y-\mu_{Y})} {\sigma_{X} \sigma_{Y}} \end{aligned} ρX,Y=σXσYcov(X,Y)=σXσYE(XμX)E(YμY)
其中, σ X = E { [ X − E ( X ) ] 2 } , σ Y = E { [ Y − E ( Y ) ] 2 } \sigma_{X} = \sqrt{E\{[X - E(X)]^{2}\}},\sigma_{Y} = \sqrt{E\{[Y - E(Y)]^{2}\}} σX=E{[XE(X)]2} ,σY=E{[YE(Y)]2}

2.2 估算样本定义

  • 估算样本的协方差和标准差,可得到样本相关系数(即样本皮尔森相关系数),常用 r 表示:
    r = ∑ i = 1 n ( X i − X ‾ ) ( Y i − Y ‾ ) ∑ i = 1 n ( X i − X ‾ ) 2 ∑ i = 1 n ( Y i − Y ‾ ) 2 \begin{aligned} r = \frac { \displaystyle \sum_{i=1}^{n} (X_{i} - \overline{X}) (Y_{i} - \overline{Y}) } { \sqrt{ \displaystyle \sum_{i=1}^{n} (X_{i} - \overline{X})^{2} } \sqrt{ \displaystyle \sum_{i=1}^{n} (Y_{i} - \overline{Y})^{2} } } \end{aligned} r=i=1n(XiX)2 i=1n(YiY)2 i=1n(XiX)(YiY)

  • 还可以由(Xi,Yi)样本点的标准分数均值估计得到与上式等价的表达式
    r = 1 n − 1 ∑ i = 1 n ( X i − X ‾ σ X ) ( Y i − Y ‾ σ Y ) \begin{aligned} r = \frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^{n}{ (\frac {X_{i} - \overline{X}} {\sigma_{X}} ) (\frac {Y_{i} - \overline{Y}} {\sigma_{Y}} ) } \end{aligned} r=n11i=1n(σXXiX)(σYYiY)
    其中, X i − X ‾ σ X \frac {X_{i} - \overline{X}} {\sigma_{X}} σXXiX 是样本X的标准分数。

2.3 两种计算方式

  • (1)
    ρ X , Y = c o v ( X , Y ) σ X σ Y = E ( X − μ X ) E ( Y − μ Y ) σ X σ Y = E ( X Y ) − E ( X ) E ( Y ) E ( X 2 ) − E 2 ( X ) E ( Y 2 ) − E 2 ( Y ) \begin{aligned} \rho_{X,Y} = \frac {cov(X,Y)} {\sigma_{X} \sigma_{Y}} = \frac {E(X-\mu_{X}) E(Y-\mu_{Y})} {\sigma_{X} \sigma_{Y}} = \frac {E(XY) - E(X)E(Y)} { \sqrt{E(X^2) - E^{2}(X)} \sqrt{E(Y^2) - E^{2}(Y)} } \end{aligned} ρX,Y=σXσYcov(X,Y)=σXσYE(XμX)E(YμY)=E(X2)E2(X) E(Y2)E2(Y) E(XY)E(X)E(Y)

  • (2)
    ρ X , Y = n ∑ X Y − ∑ X ∑ Y n ∑ X 2 − ( ∑ X ) 2 n ∑ Y 2 − ( ∑ Y ) 2 \begin{aligned} \rho_{X,Y} = \frac {n \sum{XY} - \sum{X}\sum{Y}} { \sqrt{n \sum{X^{2}} - (\sum{X})^{2}} \sqrt{n \sum{Y^{2}} - (\sum{Y})^{2}} } \end{aligned} ρX,Y=nX2(X)2 nY2(Y)2 nXYXY

2.4 皮尔森距离

d X , Y = 1 − ρ X , Y d_{X,Y} = 1 - \rho_{X,Y} dX,Y=1ρX,Y

三、python 实现

3.1 生成随机数据集

import random
import pandas as pd

n = 10000
X = [random.normalvariate(100, 10) for i in range(n)] # 随机生成服从均值100,标准差10的正态分布序列
Y = [random.normalvariate(100, 10) for i in range(n)] # 随机生成服从均值100,标准差10的正态分布序列
Z = [i*j for i,j in zip(X,Y)]
df = pd.DataFrame({"X":X,"Y":Y,"Z":Z})

在这里插入图片描述

3.2 绘制散点图

import matplotlib.pyplot as plt 

# 绘制散点图矩阵
pd.plotting.scatter_matrix(df)
plt.show()

在这里插入图片描述

3.3 计算相关系数

3.3.1 自定义函数(无显著性检验)

import math

def PearsonFirst(X,Y):
    '''
        公式一
    '''
    XY = X*Y
    EX = X.mean()
    EY = Y.mean()
    EX2 = (X**2).mean()
    EY2 = (Y**2).mean()
    EXY = XY.mean()
    numerator = EXY - EX*EY                                 # 分子
    denominator = math.sqrt(EX2-EX**2)*math.sqrt(EY2-EY**2) # 分母
    
    if denominator == 0:
        return 'NaN'
    rhoXY = numerator/denominator
    return rhoXY

def PearsonSecond(X,Y):
    '''
        公式二
    '''
    XY = X*Y
    X2 = X**2
    Y2 = Y**2
    n = len(XY)
    numerator = n*XY.sum() - X.sum()*Y.sum()                                            # 分子
    denominator = math.sqrt(n*X2.sum() - X.sum()**2)*math.sqrt(n*Y2.sum() - Y.sum()**2) # 分母
    
    if denominator == 0:
        return 'NaN'
    rhoXY = numerator/denominator
    return rhoXY 
    
r1 = PearsonFirst(df['X'],df['Z'])  # 使用公式一计算X与Z的相关系数
r2 = PearsonSecond(df['X'],df['Z']) # 使用公式二计算X与Z的相关系数
print("r1: ",r1)
print("r2: ",r2)

在这里插入图片描述

3.3.2 python 函数

(1)pandas.corr 函数(无显著性检验)
  • 参数解析
    DataFrame.corr(
      method = ‘pearson’, # 可选值为{‘pearson’:‘皮尔森’, ‘kendall’:‘肯德尔秩相关’, ‘spearman’:‘斯皮尔曼’}
      min_periods=1    # 样本最少的数据量
    )
df.corr(method="pearson")

在这里插入图片描述

(2)scipy.stats.pearsonr 函数 (有显著性检验)
from scipy.stats import pearsonr

r = pearsonr(df['X'],df['Z'])
print("pearson系数:",r[0])
print("   P-Value:",r[1])

在这里插入图片描述

(3)pandas.corr 加 scipy.stats.pearsonr 获取相关系数检验P值矩阵
def GetPvalue_Pearson(x,y):
    return pearsonr(x,y)[1]

df.corr(method=GetPvalue_Pearson)

在这里插入图片描述

### RK3588平台NPU调用方法 #### 创建和初始化NPU环境 为了在RK3588平台上成功调用NPU进行神经网络推理或加速,首先需要确保设备已正确配置并加载了相应的驱动程序。Rockchip的官方固件通常已经预装了RKNPU驱动[^3]。 一旦确认硬件准备就绪,可以通过以下方式创建和初始化NPU环境: ```cpp #include "rknn_api.h" // 初始化模型路径和其他参数 const char* model_path = "./model.rknn"; int ret; rknn_context ctx; ret = rknn_init(&ctx, model_path, 0, 0, NULL); if (ret < 0) { printf("Failed to initialize rknn context\n"); } ``` 这段代码展示了如何使用`rknn_api.h`库来初始化一个RKNN上下文对象,这一步骤对于后续的操作至关重要[^2]。 #### 加载和编译模型 接下来,在实际运行之前还需要加载预先训练好的神经网络模型文件(通常是`.rknn`格式)。此过程涉及读取模型二进制数据,并将其传递给RKNN API以便内部处理和优化。 ```cpp // 假设模型已经被转换成 .rknn 文件格式 char *model_data; // 模型的数据指针 size_t model_size; // 模型大小 FILE *fp = fopen(model_path, "rb+"); fseek(fp, 0L, SEEK_END); model_size = ftell(fp); rewind(fp); model_data = (char *)malloc(sizeof(char)*model_size); fread(model_data, sizeof(unsigned char), model_size, fp); fclose(fp); // 将模型数据传入RKNN API ret = rknn_load_rknn(ctx, &model_data, &model_size); free(model_data); if(ret != 0){ printf("Load Model Failed!\n"); } else{ printf("Model Loaded Successfully.\n"); } ``` 这里说明了从磁盘读取模型文件的具体操作流程,并通过API函数将这些信息提交给了底层框架去解析和设置好用于推断所需的资源[^1]。 #### 执行前向传播计算 当一切准备工作完成后就可以开始真正的预测工作——即让NPU执行一次完整的前向传播运算。这个阶段主要是构建输入张量、启动异步任务以及收集输出结果。 ```cpp float input_tensor[INPUT_SIZE]; // 输入特征图数组 float output_tensors[MAX_OUTPUTS][OUTPUT_SIZE]; // 输出特征图数组 struct rknn_input inputs[] = {{input_tensor}}; struct rknn_output outputs[MAX_OUTPUTS]; for(int i=0;i<NUM_ITERATIONS;++i){ memset(inputs, 0 ,sizeof(struct rknn_input)); memcpy(input_tensor, inputData[i], INPUT_SIZE*sizeof(float)); // 启动推理任务 ret = rknn_run(ctx, nullptr); if(ret!=0){ printf("Inference failed at iteration %d", i); break; } // 获取输出结果 for(size_t j=0;j<num_outputs;++j){ struct rknn_output& out = outputs[j]; size_t bufSize = OUTPUT_SIZE * sizeof(float); void* buffer = malloc(bufSize); ret = rknn_get_output(ctx, j, &out.datatype, &buffer, &bufSize, false); if(!ret && buffer){ memcpy(output_tensors[j], buffer, bufSize); free(buffer); } } } printf("All iterations completed successfully."); ``` 上述片段体现了典型的基于RKNN SDK的应用场景:先准备好待测样本作为输入;接着触发内核中的计算逻辑;最后获取到经过变换后的响应值供下一步分析所用[^4]。
评论 3
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值