回帰直線とは？ わかりやすく解説

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統計学
回帰分析
モデル
線形回帰 線形単回帰（英語版） 多項式回帰 一般線形モデル
一般化線形モデル 離散選択（英語版） ロジスティック回帰 多項ロジット（英語版） 混合ロジット（英語版） プロビット（英語版） 多項プロビット（英語版） 順序ロジット（英語版） 順序プロビット（英語版） ポアソン（英語版）
多水準モデル（英語版） 固定効果（英語版） 変量効果 混合モデル
非線形回帰 ノンパラメトリック（英語版） セミパラメトリック（英語版） ロバスト（英語版） 分位点（英語版） 等調（英語版） 主成分（英語版） 最小角度（英語版） 局所 折れ線（英語版）
変数誤差（英語版）
推定
最小二乗法 線形（英語版） 非線形
普通（英語版） 加重（英語版） 一般化（英語版）
部分 総最小二乗法（英語版） 非負（英語版） リッジ回帰 正則化（英語版）
最小絶対偏差（英語版） 繰返し加重（英語版） ベイズ（英語版） ベイズ多変量（英語版）
背景
回帰検証（英語版） 平均応答と予測応答（英語版） 誤差と残差 適合度（英語版） スチューデント化残差 ガウス＝マルコフの定理
表 話 編 歴

線形回帰（せんけいかいき、英: linear regression）とは、説明変数（独立変数ともいう）に対して目的変数（従属変数、あるいは反応変数ともいう）が線形またはそれから近い値で表される状態。線形回帰は統計学における回帰分析の一種であり、非線形回帰と対比される。

線形回帰のうち、説明変数が1つの場合を線形単回帰（simple linear regression）や単純線形回帰や単変量線形回帰（univariate linear regression）、2つ以上の場合を線形重回帰（multiple linear regression）や多重線形回帰や多変量線形回帰（multivariate linear regression）と呼ぶ。単回帰と呼んだ場合、単変量の回帰のことであるが、多くの場合は非線形を含めずに線形単回帰の事を指す。

概要

線形回帰では，データから推定される線形予測関数を用いて関係性がモデル化される。このようなモデルは線形モデルと呼ばれる。 説明変数（または予測変数）に対して目的変数の条件付き期待値は、アフィン写像で与えられる。（通常は条件付き期待値だが、条件付メジアンまたは他の分位数を用いることもある。）

線形回帰が非線形回帰に比べて用いられる頻度が高いのは、未知のパラメータに線形に依存するモデルの方が、パラメータに非線形に依存するモデルよりもフィッティングが容易で、推定値の統計的性質を決定しやすいためである。

線形回帰が取り扱う範囲は、予測変数の値を与えられた応答の条件付き確率分布に限る。 全ての変数の同時確率分布は多変量解析の領域として、ここでは扱わない。

線形回帰の用途

線形回帰は多くの実用的な用途があり、大まかには以下の二種類の用途に分類される。

○予測、予想、またはエラーの削減を目的とする。 →線形回帰は、応答変数と説明変数の値の観測されたデータセットに予測モデルを適合させるために使用できる。 説明変数の追加値が収集された場合、このモデルから応答変数を予測できる。

○説明変数の変動に起因する応答変数の変動を説明することを目的とする。 →線形回帰分析を適用して、応答と説明変数の関係の強さを定量化できる。 これにより各説明変数が応答と全く線形関係を持たないかどうかを判断したり、説明変数のどのサブセットに応答に関する冗長な情報が含まれているかを特定できる。

線形モデルのフィッティング方法

線形回帰モデルは多くの場合、最小二乗法を用いてフィッティングされる。 それ以外のフィッティング方法としては、最小絶対値法や、リッジ回帰（L2ノルムペナルティ）やラッソ回帰（L1ノルムペナルティ）のように、最小二乗コスト関数のペナルティ付きバージョンを最小化する方法などがある。 逆に最小二乗法は、線形モデルではないモデルのフィットにも使用できる。 このように、「最小二乗法」と「線形モデル」という言葉は密接に関連しているが、同義ではない。

基本モデル

線形回帰モデルは、目的変数^{[注釈 1]} Y と説明変数^{[注釈 1]} X_i, i = 1, ..., p および擾乱項^{[注釈 2]} ε の関係を以下のようにモデル化したものである。

${\displaystyle Y=\beta _{0}+\beta _{1}X_{1}+\beta _{2}X_{2}+\cdots +\beta _{p}X_{p}+\varepsilon \ }$ カテゴリ