Исключить выбросы из расчета коэффициента корреляции

предположим, что у нас есть два числовых вектора x и y. Коэффициент корреляции Пирсона между x и y дано

cor (x, y)

как я могу автоматически рассматривать только подмножество x и y в расчет (скажем 90%), чтобы максимизировать коэффициент корреляции?

5 ответов


если вы действительно хотите сделать это (удалить наибольшие (абсолютные) остатки), затем мы можем использовать линейную модель для оценки решения наименьших квадратов и связанных остатков, а затем выбрать средний n% данных. Вот пример:

во-первых, генерировать фиктивные данные:

require(MASS) ## for mvrnorm()
set.seed(1)
dat <- mvrnorm(1000, mu = c(4,5), Sigma = matrix(c(1,0.8,1,0.8), ncol = 2))
dat <- data.frame(dat)
names(dat) <- c("X","Y")
plot(dat)

Далее, мы приспосабливаем линейную модель и извлекаем остатки:

res <- resid(mod <- lm(Y ~ X, data = dat))

на quantile() функция может дать нам необходимые квантили остатки. Вы предложили сохранить 90% данных, поэтому нам нужны верхние и нижние 0,05 квантиля:

res.qt <- quantile(res, probs = c(0.05,0.95))

выберите те наблюдения с остатками в середине 90% данных:

want <- which(res >= res.qt[1] & res <= res.qt[2])

затем мы можем визуализировать это, причем красные точки будут теми, которые мы сохраним:

plot(dat, type = "n")
points(dat[-want,], col = "black", pch = 21, bg = "black", cex = 0.8)
points(dat[want,], col = "red", pch = 21, bg = "red", cex = 0.8)
abline(mod, col = "blue", lwd = 2)

The plot produced from the dummy data showing the selected points with the smallest residuals

корреляции для полных данных и выбранного подмножества:

> cor(dat)
          X         Y
X 1.0000000 0.8935235
Y 0.8935235 1.0000000
> cor(dat[want,])
          X         Y
X 1.0000000 0.9272109
Y 0.9272109 1.0000000
> cor(dat[-want,])
         X        Y
X 1.000000 0.739972
Y 0.739972 1.000000

имейте в виду, что здесь мы могли бы бросить из совершенно хороших данных, потому что мы просто выбираем 5% с наибольшими положительными остатками и 5% с наибольшим отрицательным. Альтернативой является выбор 90% с наименьшим абсолютное невязок:

ares <- abs(res)
absres.qt <- quantile(ares, prob = c(.9))
abswant <- which(ares <= absres.qt)
## plot - virtually the same, but not quite
plot(dat, type = "n")
points(dat[-abswant,], col = "black", pch = 21, bg = "black", cex = 0.8)
points(dat[abswant,], col = "red", pch = 21, bg = "red", cex = 0.8)
abline(mod, col = "blue", lwd = 2)

С этим немного другим подмножеством корреляция немного ниже:

> cor(dat[abswant,])
          X         Y
X 1.0000000 0.9272032
Y 0.9272032 1.0000000

другой момент заключается в том, что даже тогда мы выбрасываем хорошие данные. Возможно, вы захотите взглянуть на расстояние Кука как на показатель силы выбросов, и отбросьте только те значения, которые превышают определенный порог расстояния Кука. Википедия имеет информацию о расстоянии Кука и предлагаемых порогах. The cooks.distance() функция может использоваться для извлечения значений из mod:

> head(cooks.distance(mod))
           1            2            3            4            5            6 
7.738789e-04 6.056810e-04 6.375505e-04 4.338566e-04 1.163721e-05 1.740565e-03

и если вы вычислите порог(ы), предложенный в Википедии, и удалите только те, которые превышают порог. Для этих данных:

> any(cooks.distance(mod) > 1)
[1] FALSE
> any(cooks.distance(mod) > (4 * nrow(dat)))
[1] FALSE

ни одно из расстояний повара не превышает предлагаемых порогов (неудивительно, учитывая, как я сгенерировал данные.)

сказав Все это, почему вы хотите это сделать? Если вы просто пытаетесь избавиться от данных, чтобы улучшить корреляцию или создать значительную связь, это звучит немного подозрительно и немного похоже на выемку данных.


используя method = "spearman" на cor будет робастно к загрязнению и легко для того чтобы снабдить в виду того что оно только включает заменять cor(x, y) С cor(x, y, method = "spearman").

повторяя анализ Прасада, но используя вместо этого корреляции Спирмена, мы обнаруживаем, что корреляция Спирмена действительно устойчива к загрязнению здесь, восстанавливая лежащую в основе нулевую корреляцию:

set.seed(1)

# x and y are uncorrelated
x <- rnorm(1000)
y <- rnorm(1000)
cor(x,y)
## [1] 0.006401211

# add contamination -- now cor says they are highly correlated
x <- c(x, 500)
y <- c(y, 500)
cor(x, y)
## [1] 0.995741

# but with method = "spearman" contamination is removed & they are shown to be uncorrelated
cor(x, y, method = "spearman")
## [1] -0.007270813

это, возможно, уже было очевидно для ОП, но просто чтобы убедиться... Вы должны быть осторожны, потому что пытается maxmimize корреляция, возможно, на самом деле, как правило,включить останцы. (@Gavin коснулся этого момента в своем ответе/комментариях.) Я бы первый удаление выбросов, затем вычисление корреляции. В более общем плане мы хотим вычислить корреляцию, которая устойчива к выбросам (и в R есть много таких методов).

чтобы наглядно проиллюстрировать это, давайте создадим два вектора x и y, которые являются некоррелированными:

set.seed(1)
x <- rnorm(1000)
y <- rnorm(1000)
> cor(x,y)
[1] 0.006401211

теперь давайте добавим точку выброса (500,500):

x <- c(x, 500)
y <- c(y, 500)

теперь соотношение любой подмножество, включающее точку выброса, будет близко к 100%, а корреляция любого достаточно большого подмножества, исключающего выброс, будет близка к нулю. В частности,

> cor(x,y)
[1] 0.995741

если вы хотите оценить "истинную" зависимость, которая не чувствительна к выбросам, вы можете попробовать robust пакет:

require(robust)
> covRob(cbind(x,y), corr = TRUE)
Call:
covRob(data = cbind(x, y), corr = TRUE)

Robust Estimate of Correlation: 
            x           y
x  1.00000000 -0.02594260
y -0.02594260  1.00000000

вы можете играть с параметрами covRob, чтобы решить, как обрезать данные. обновление: есть еще rlm (надежная линейная регрессия) в MASS пакета.


вот еще одна возможность с выбросами в плен. Используя подобную схему, как Прасад:

library(mvoutlier)    
set.seed(1)    
x <- rnorm(1000)    
y <- rnorm(1000)    
xy <- cbind(x, y)    
outliers <- aq.plot(xy, alpha=0.975) #The documentation/default says alpha=0.025.  I think the functions wants 0.975   
cor.plot(x, y)    
color.plot(xy)   
dd.plot(xy)   
uni.plot(xy)    

в других ответах 500 застрял в конце x и y как выброс. Это может вызвать или не вызвать проблемы с памятью на вашем компьютере, поэтому я опустил его до 4, чтобы избежать этого.

x1 <- c(x, 4)     
y1 <- c(y, 4)    
xy1 <- cbind(x1, y1)    
outliers1 <- aq.plot(xy1, alpha=0.975) #The documentation/default says alpha=0.025.  I think the functions wants 0.975
cor.plot(x1, y1)    
color.plot(xy1)    
dd.plot(xy1)    
uni.plot(xy1)    

вот изображения из данных x1, y1, xy1:

alt text

alt text

alt text


вы можете попробовать загрузить свои данные, чтобы найти самый высокий коэффициент корреляции, например:

x <- cars$dist
y <- cars$speed
percent <- 0.9         # given in the question above
n <- 1000              # number of resampling
boot.cor <- replicate(n, {tmp <- sample(round(length(x)*percent), replace=FALSE); cor(x[tmp], y[tmp])})

и после max(boot.cor). Не расстраивайтесь, если все коэффициенты корреляции будут одинаковыми:)