2本以上の直線で部分的に近似する方法 複数の回帰直線の境界の同定

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実験して得れた2つのパラーメータの関係を、散布図をプロットしてなんでもかんでも直線で近似してしまう例を見かけます。どんなランダムなデータでも最小二乗法の計算は可能なので、なんらかの直線は引けてしまいますし、相関係数なども計算できてしまいます。しかし、パッと見が直線関係に見えないデータに対して、回帰直線を引くことになんの意味があるのでしょうか。実験者の頭の中に、これとこれとが相関していて欲しい、これがこれの原因であって欲しいという気持ちがあるために、無理やり直線を引いてしまっているのではないかと思われる場合があります。

どんな曲線(直線)でデータを表すのかは、研究者の恣意的な判断です。Uの字型のデータ分布に直線を当てはめるのはナンセンスでしょう。つまり、カーブフィッティングの際の近似式の選択は、実験者の仮説が入り込んでいるわけです。

一本の直線で表すのは無理そうでも、部分部分でみると直線性があることがあります。だったら、区間を分けて複数の直線を当てはめてみるのも一つの手です。もちろん、そうする動機、すなわち仮説、すなわちデータの分布に対する合理的な説明(仮説)が存在するという前提です。

この解析手法で用いられる関数の名前は英語では、piece-wise linear functionと呼ぶようです。piece-wise linear functionでグーグル検索すると多数のサイトがヒットしました。

複数の直線によるフィッティング

Segmented Linear Regression
Two algorithms for segmented linear regression
Statistics - (Linear spline|Piecewise linear function)
A linear spline, or piecewise linear function has a degree zero and is: linear in the left and the right. forced to be continuous at the knot. Just...
Piecewise linear regression
In a data set is presented, where a piecewise or segmented linear regression approach can help. A linear fit looks like: There are...
Chapter 9 Special Topics in Regression Optional Copyright
Chapter 9 Special Topics in Regression (Optional) Copyright © 2012 Pearson Education, Inc. All

複数の直線による回帰の方法(Python利用例)

区間に分けて直線回帰を行うことは英語だと、piecewise linear regressionというようです。ピースワイズ、つまり「部分ごとに」ということ。

  1. How to apply piecewise linear fit in Python? stack overflow

 

Python library for segmented regression (a.k.a. piecewise regression)
I am looking for a Python library that can perform segmented regression (a.k.a. piecewise regression). Example:
Just a moment...
Optimize piecewise linear function
Non-linear least square
Piecewise regresion Python
Hi I'm trying to figure out how to fit those values with a piecewise linear function. I have read this question but I can't get forward (How to apply piecewise ...
Fit a curve for data made up of two distinct regimes
I'm looking for a way to plot a curve through some experimental data. The data shows a small linear regime with a shallow gradient, followed by a steep linear r...
8.8 - Piecewise Linear Regression Models | STAT 501
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Not usual piecewise linear regression
I know that with fixed breakpoints (for the x variable), piecewise linear regression is easy and linear. However, for a variety of reasons, I would like to fix...

Rによる複数の直線の回帰

Piecewise linear regression
In a data set is presented, where a piecewise or segmented linear regression approach can help. A linear fit looks like: There are...

複数の直線による回帰の方法(MATLABの利用例)

How to curve fit a data with multiple linear line, which regression...
if y have up and downs say 0-0.8, 0.8-0.3, 03-1.5, 1.5-0.4 for x from 0-50

セグメントごとの直線回帰(GraphPadの利用例)

GraphPadでは2つの区間に分けて行う直線回帰はサポートしているようです。3つの区間の場合も手作業でできるようです。

GraphPad Prism 9 Curve Fitting Guide - Equation: Segmental linear regression
Introduction Segmental regression is also commonly referred to as "piecewise" regression or segmented regression. With this method, one line is fit to all data ...

 

論文

 

https://www.ams.org/journals/mcom/1961-15-073/S0025-5718-1961-0119390-6/S0025-5718-1961-0119390-6.pdf

 

Muggeo, V. M. (2003). Estimating regression models with unknown breakpoints. Statistics in medicine, 22(19), 3055-3071.

Segmented Linear Regression Models for Assessing Change in Retrospective Studies in Healthcare
Introduction. In retrospective studies, the effect of a given intervention is usually evaluated by using statistical tests to compare data from before and after...
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