Bruk residualar og residualplott til å vurdere modellkvalitet og avgjere når ein annan modelltype bør prøvast.
Kvifor er ikkje åleine nok?
I 7.1 brukte vi til å seie kor godt regresjonslinja passar. Ein høg ser fin ut, men fortel ikkje heile historia. To datasett kan ha same , men det eine kan likevel vere håplaust dårleg modellert.
For å vere sikre på at modellen er god, må vi sjå på residuala — avvika mellom det vi observerte og det modellen seier.
- : punktet ligg over modellen (modellen undervurderer)
- : punktet ligg under modellen (modellen overvurderer)
- : punktet ligg nøyaktig på modellen
For regresjonslinja er alltid — overskot og underskot kansellerer kvarandre.
Ein god regresjonsmodell har residual som
- ligg tilfeldig spreidde rundt null,
- har omtrent same spreiing for små og store -verdiar,
- ikkje viser noko systematisk mønster (ingen kurvatur, inga trakt, inga bølgje).
Viss residuala viser eit mønster, tyder det at modellen ikkje har fanga opp alt som ligg i dataene. Då bør vi prøve ein annan modelltype.
Eit residualplott er eit diagram der vi teiknar residualet langs den vertikale aksen, og anten eller langs den horisontale aksen.
Vi teiknar òg ei horisontal linje gjennom for å sjå avstandane tydelegare.
2. U-form eller boge — den lineære modellen manglar kurvatur. Prøv andregrads-, eksponentiell eller potensmodell.
3. Trakt (vifteform) — spreiinga er ujamn. Lågare x-verdiar gir små residual, høgare x-verdiar gir store. Vurder om bør transformerast () eller om modelltypen er feil.
4. Eit fåtal punkt med svært store residual — uteliggjarar. Sjekk om det er målefeil i datasettet, eller om punktet er ein reell avvikande observasjon.
For datasettet er regresjonslinja .
Rekn ut residuala og vurder om ein lineær modell passar.
| 1 | 9 | 8,19 | 0,81 |
| 2 | 11 | 11,25 | |
| 3 | 14 | 14,30 | |
| 4 | 16 | 17,36 | |
| 5 | 21 | 20,42 | 0,58 |
| 6 | 24 | 23,48 | 0,52 |
Residuala er små og byter forteikn (). Det er ikkje eit tydeleg systematisk mønster, og , slik det skal vere for regresjonslinja.
Svar: Residuala er små og utan tydeleg mønster. Den lineære modellen passar godt.
Ein forskar finn regresjonslinja for datasettet:
| 1 | 5 |
| 2 | 7 |
| 3 | 12 |
| 4 | 18 |
| 5 | 27 |
| 6 | 38 |
Rekn ut residuala og vurder modellen.
| 1 | 5 | 1,33 | 3,67 |
| 2 | 7 | 7,93 | |
| 3 | 12 | 14,53 | |
| 4 | 18 | 21,13 | |
| 5 | 27 | 27,73 | |
| 6 | 38 | 34,33 | 3,67 |
Residuala har eit systematisk mønster: positive i begge endar og negative i midten. Plottet viser ei tydeleg U-form.
er likevel høg, fordi den lineære trenden fangar mykje av variasjonen. Men residuala avslører at ein andregrads- eller eksponentiell modell ville passe betre.
Svar: Residuala viser U-form, så den lineære modellen blir forkasta til fordel for ein ikkje-lineær modell.
Bruk alltid begge:
- Høg + tilfeldig residualplott god modell.
- Høg + systematisk mønster misvisande. Modellen er ikkje rett type.
- Låg + tilfeldig residualplott rett modelltype, men dataene har mykje støy.
- Låg + systematisk mønster feil modelltype og mykje støy. Start på nytt.
Eit datasett over månadleg straumforbruk og utetemperatur gir éin observasjon med residual på kWh, medan alle andre residual ligg mellom og kWh.
Korleis bør dette handterast?
Residualet er svært stort samanlikna med dei andre — observasjonen er ein uteliggjar.
Praktisk handtering:
- Sjekk dataene. Er det ein målefeil eller skrivefeil? Var det ein spesiell månad (ferie, straumstans, ny målar)?
- Viss målefeil: rett opp eller fjern observasjonen, og køyr regresjonen på nytt.
- Viss reell, men spesiell hending: dokumenter henne, men vurder å halde henne utanfor modellen — og forklar valet i rapporten.
- Viss du ikkje veit: rapporter resultat både med og utan uteliggjaren slik at lesaren ser effekten.
Uteliggjarar må aldri fjernast berre fordi dei er ubehagelege. Grunngi alltid valet.
Svar: Undersøk observasjonen før noko blir fjerna. Ved målefeil: rett eller fjern og køyr regresjonen på nytt. Elles: behald henne eller rapporter med og utan, og grunngi valet.
GeoGebra har innebygd støtte for residual:
1. Skriv inn punkta som ei liste, t.d. data = {(1,9),(2,11),(3,14),(4,16),(5,21),(6,24)}.
2. Lag regresjonslinja: f = RegLin(data).
3. Rekn ut residuala: Residualer = Følge(y(Element(data, k)) - f(x(Element(data, k))), k, 1, Lengde(data)).
4. Lag residualpunkt: Følge((x(Element(data, k)), Element(Residualer, k)), k, 1, Lengde(data)).
5. Teikn -linja som referanse.
I Excel: rekn ut stigningstalet i ei eiga celle, =STIGNINGSTALL(B2:B7;A2:A7) i D1, og konstantleddet med =SKJÆRINGSPUNKT(B2:B7;A2:A7) i D2. Legg så til ei kolonne =B2-($D$1*A2+$D$2) og lag spreiingsplott av residuala mot .
I Python: residuals = y - (a*x + b) og plt.scatter(x, residuals).
For datasettet er regresjonslinja .
Rekn ut residuala for alle fem punkt.
Verifiser at .
Vurder om modellen passar.
Ein lineær modell for skostorleik som funksjon av kroppshøgd (cm) er . For ein person med cm er .
Kva er ?
Kva er residualet?
Residuala for dei andre personane i datasettet er mindre enn 1,5. Kva fortel residualet for denne personen?
Eit residualplott viser at residuala er små for -verdiar mellom 0 og 10, men aukar jamt med heilt opp til ved . Kva fortel dette?
To modellar for same datasett gir:
- Modell A: lineær, , residualplott viser tydeleg U-form.
- Modell B: andregrad, , residualplott er tilfeldig spreidd.
Kva for ein modell bør føretrekkjast?
Tabellen viser ein prisindeks for nye einebustader (2015 = 100, forenkla tal):
| År | Indeks |
|---|---|
| 2015 | 100 |
| 2017 | 110 |
| 2019 | 117 |
| 2021 | 132 |
| 2023 | 138 |
Ei lineær regresjonslinje (med år etter 2015) er .
Rekn ut residuala.
Er det noko systematisk mønster?
Kva slags reelle hendingar i 2020–2021 kunne forklart avviket?
Ei gruppe elevar har samla inn data om talet på kundar per dag og inntekter. Regresjonsmodellen gir . Når dei teiknar residualplottet ser dei eit tydeleg U-forma mønster.
Kva skal dei gjere, og korleis kan dei grunngi det i prosjektrapporten?
Rekn ut og kontroller at modellen er tilpassa korrekt.
Rekn ut .
Viss , finn .
Ein elev har tilpassa ein eksponentiell modell til årleg BNP-vekst. Residualplottet viser ei lett bølgjeform rundt nullinja.
Kan modellen brukast til prediksjon? Drøft.
Du har gjennomført regresjon på eit reelt datasett om arbeidsløyse i Noreg frå SSB. for både ein lineær og ein eksponentiell modell. Korleis vel du mellom dei?
Ein klassekamerat påstår: «Viss , er modellen alltid god nok til å bruke i ein samfunnsøkonomisk rapport.» Vurder denne påstanden.
Tabellen viser ein månadleg konsumprisindeks (KPI, 2015 = 100, forenkla tal):
| Månad | KPI |
|---|---|
| Jan | 124 |
| Mar | 125 |
| Mai | 126 |
| Jul | 127 |
| Sep | 128 |
| Nov | 129 |
Ein elev tilpassar med som månadsnummer (Jan = 0, Mar = 2, Mai = 4 osv.).
Rekn ut residuala.
Kva slags mønster ser du?
Kva tyder dette på?
Drøftingsoppgåve: Kvifor er det viktig å presentere både og residualplott i ein samfunnsøkonomisk prosjektrapport, og ikkje berre velje talet som ser best ut?
Oppsummering
I dette kapittelet har du lært:
- Residualet måler avviket mellom observasjon og modell for kvart datapunkt.
- Residualplott: Residuala mot . Ein god modell gir tilfeldig spreiing rundt null — systematiske mønster (U-form, trakt) avslører feil modellform eller ujamn varians.
- er ikkje nok: Høg kan skjule systematiske avvik; residualplottet ser det ikkje ser.
- Uteliggjarar: Punkt med store residual bør undersøkjast — er det målefeil eller reell variasjon?
Nøkkelomgrep
| Omgrep | Forklaring |
|---|---|
| Residual | |
| Residualplott | Residual plotta mot |
| Uteliggjar | Punkt med uvanleg stort residual |
| SSE | Summen av kvadrerte residual |
Viktige formlar
-
- God modell: residual tilfeldig rundt 0
Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.
