“线性”的定义并非大多数科学家所想象的那样。 当因变量 Y 与每个自变量呈线性关系时,该模型就被称为线性模型。要理解这一点,需要从数学角度思考。将除一个自变量外的所有自变量和因变量 X 保持恒定。现在改变剩余的那个自变量,并观察因变量 Y 的变化。如果因变量 Y 的变化与所改变的自变量的变化呈线性关系,且该模型中的所有自变量均满足这一条件,则该模型被称为线性模型。
根据这一定义,多项式模型是线性的。让我们以三阶多项式模型为例:
Y= A + BX + CX² + DX³
将 A、B、D 和 X 保持恒定,观察当您改变 C 时 Y 如何变化。此时方程变为 Y = [A + BX + DX³] + C[X²],其中方括号内的两项保持恒定。该图形将是一条直线。A、B 和 D 也与 Y 呈线性关系(在其他条件恒定的情况下),因此该模型是线性的。 但若对多项式模型绘制 Y 随 X 变化的图,几乎总是会得到一条曲线而非直线(这取决于您赋予 A-D 的具体数值)。因此,“线性”描述的是模型本身,而非 X 随 Y 变化的图形。
如果模型不是线性的,那么它就是非线性的。
模型是否为线性有何意义?与线性回归类似,拟合多项式模型时无需纠结初始值,也无需担心出现假极小值。正因如此,某些软件(如 Excel)虽能进行多项式回归,却无法进行非线性回归。还有些软件为多项式模型(线性)和非线性模型的拟合分别设置了独立模块。Prism 采用与拟合非线性模型相同的分析方法来拟合多项式模型。 Prism 的非线性回归分析中提供了多项式方程。
从使用 Prism 的科学家的角度来看,线性模型与非线性模型之间的区别并不重要。请选择最符合您数据特征的模型。唯一需要注意的是,在非线性模型中,必须为每个参数提供初始估计值。在某些情况下,这些选择对获得有用的结果至关重要。如果您选择内置模型,Prism 会为您自动选择初始值,这些值几乎总能满足建模需求。
虽然“线性”和“非线性”在统计学中具有标准定义,但“曲线性”一词却没有标准含义。它通常用于描述一条平滑(无间断点)的曲线,但其底层的数学模型可能是线性的,也可能是非线性的。