2020年12月16日 星期三

相關係數 R,決定係數 R square,顯示哪一個好?

聽說有某位實驗室的督察人員,刻意要求在檢量線旁邊一定要顯示相關係數 R ,這吸引了我的注意,這位督察(Auditor)顯然不知道顯示哪一個比較有實際意義,單純以法規作為基準,但是因為他主宰了實驗室的評鑑,多數人省麻煩起見,就請儀器商提供顯示R 值,算是息事寧人的做法,而完成這件工作的工程師,把經常顯示的 R Square值,開平方根後顯示在報告上,這個做法雖然有爭議,但是也被接受了,嚴格來說,R 值是要單獨計算的,因為R 值可能有正有負。

 

時至今天,許多家長都因為自己的數學不好,卻把連自己都未曾做好的,繼續交給自己的子弟,拼命送小孩補習數學,我的經驗是,學數學若有天份,不費吹灰之力,若沒有上天允許,就應該放自己一馬,不失是一個不錯的決定,而台灣的數學教育,一直都未有起色,這也是大家承認的事實,但最糟的是,多數人遇到數學相關,統計相關的要求,都會先承認自己數學不好,立刻投降,你要什麼 R 值,我弄給你,你別再嚷嚷了!(我們的數學不好),只能說,放棄思考是送去補數學所產生的最糟糕結果!

 

一開始的線索,是我們在EXCEL中作圖,將X,Y做線性回歸,顯示的除了線性方程式之外,就是R 平方(R Square)稱為決定係數,一般檢量線要在此值大於0.995 以上的時候,才可以套用這條檢量線來計算未知物的濃度,但是那個 R 值,為什麼沒有顯示呢?Excel 有理由不顯示它嗎?

 

R值是相關係數,它可以藉由公式算出,一般它介於-1 到 1 之間,可以用來判斷選定的兩個變數X, Y 是否具有相關性,使用的領域很廣,包括社會科學和自然科學,不相關的X, Y 折算出來的R 值,會落在- 0.5 到 0.5 之間(此時,R Square 值理應落到 0.25 以下),而且因為R值在平方之後只會有正值,可以說幾乎只需顯示 R Square 就可以同時知道相關與否,又同時知道數學模式夠不夠完善),到這裡,已經可以理解為什麼 R 值很少出現,而經常只看到 R 平方值了。

 

假如沒有實際的例子,大家可能無法體會R 值的實際用途,讓 R 值找不到適當的大用,所以我以社會科學為例說明一下,像黑松汽水每年都會花費相當大量的廣告費用,但是不知道是否廣告花費是否真的有效果,就可以把每年廣告費支出金額當X,而把同一年的營運增長當成Y,計算過去數十年間,X, Y是否有相關性,來決定未來的廣告花費是否繼續,或是可以適度的減少,而判斷X和Y是否相關,我們使用的是R 值。

 

上述故事當中,我們知道相關係數R 值,是在不知道X, Y 是否具有相關性的情況下使用的,藉由相關係數,把認為可能相關的 X,Y 加以驗證,但是我們做實驗建立檢量線,是早就知道面積和濃度是正相關的,此時就不需再顯示相關係數 R 值了,相反的,我們急需要知道目前的數學模式,可不可以作為預測未知物的濃度,而這個值就是R 平方,稱為決定係數,當它大於0.995時,表示數學模式符合所需,可以用來正確計算濃度。 

 

經過這樣的解釋,我才知道因為誤認為自己數學不好,讓督察人員一要求就投降,是多麼糟的一件事,而且這些是定義清楚的值,無關你數學的好與壞,甚至可以說這位 Auditor 的問題,還真的剛好要每個實驗室認真以對,並且可以獲得益處呢要不是這位督察,我也不會注意到這件事,所以,還是要稱讚他問了這個問題,他至少做到了在不疑處有疑,並且堅持依照法規,否則,錯誤的法規條文,就不知道何時得以發現,並獲得修正的機會!

 

當然,我自己不會主動把小孩送去補數學,因為這樣他挫折感比較小,不至於放棄思考,顯見的,假如有好的數學老師,教大家以平凡的思考方式來面對數學,未來我們不會害怕這個基本工具,而所有的學科,其實都一樣。


顯示R 值,是研究問題,尚不知道所選用的變數X,Y之間是否相關時,當X,Y 無關聯,研究會另外尋找互相依存的變數。  若是X,Y 屬於依存的變數,我們關心的重點,是線性迴歸的數學模式,是否可以被用來以自變數X 的值來預測因變數Y值,此時驗證的就以 R Square 來做標準了,文章中因為R Square 在不相關的變數 X, Y 出現時會自動落到0.25 以下,所以可以知道,相關的 X,Y 其 R Square 一定會比 0.25 還大,這免除了R 值顯示的必要性,也就是,單看R Square 可以同時知道相關性存在,而且數學模式可用兩件事。


R 值很重要,但是Excel 和 Chemstation 都沒有列出來,但卻同時都列了R Square 值, 這不是很奇怪的事情嗎?



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