对数线性模型的关联图和多重图

对数线性模型的关联图和多重图 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

[美] 哈里·J.哈米斯 著,王彦蓉 译,曾东林 校
图书标签:
  • 对数线性模型
  • 关联图
  • 多重图
  • 统计建模
  • 网络分析
  • 图模型
  • 概率图模型
  • 数据分析
  • 机器学习
  • 统计推断
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出版社: 格致出版社 , 上海人民出版社
ISBN:9787543226746
版次:1
商品编码:12075850
包装:平装
丛书名: 格致方法·定量研究系列
开本:32开
出版时间:2016-12-01
用纸:轻型纸
页数:165
字数:114000
正文语种:中文

具体描述

编辑推荐

  对数线性模型于20世纪60年代末期至70年代早期得以发展并流行。包括对数线性模型在内的分类数据分析的课程目前是社会科学专业研究生教育的一项重要内容。全书结合大量示例,清晰展示了如何运用图论理解复杂对数线性模型表明的关联结构。本书描述的图论有助于构想和解释多向列表中的复杂对数线性模型。对于想要深入理解对数线性模型结构的学生和在研究中应用这些模型的研究者,这一专著都是有价值的。

内容简介

  本书展示了如何运用数学资源中的图论来理解复杂对数线性模型表明的关联结构。作者首先回顾了二向与多向列联表的关系模式,以及这些表的对数线性模型。在介绍了图论中的一些关键概念后,作者紧接着将这些思想应用到对数线性模型的两个图形典型中:关联图和生成多重图。利用丰富示例以及清晰解释,作者展示了对数线性模型的两个图形典型如何说明模型的结构,揭示了他们的一些特征,如条件性独立、可分解性、可压缩性等。

作者简介

  哈里·J.哈米斯(Harry J. Khamis),俄亥俄州代顿市莱特州立大学数学与统计学院及布恩邵夫特医学院联合任命的教授。从1993年开始他担任莱特州立大学统计咨询中心主任。自1980年以来,他一直任教于莱特州立大学,期间也曾在瑞典的乌普萨拉大学,于默奥大学及达拉那大学访问并担任教学、研究和咨询的相关职务。他的专业领域是统计方法,尤其是在分类响应模型,拟合检验以及Cox回归模型方面。

目录

关于作者
丛书编辑介绍
第1章 介绍
第2章 关联结构
第1节 离散变量的统计独立
第2节 比值比:二向表
第3节 比值比:三维列表
第4节 模型拟合:三维表
第5节 多向表
第3章 对数线性模型回顾
第1节 二向列联表
第2节 三维列联表
第3节 三维表LLM之间的关系
第4节 LLM和列联表属性
第5节 多向表
第4章 对数线性模型的关联图
第1节 基本图论法则
第2节 三向表的关联图
第3节 多维表的关联图
第4节 可分解的LLM
第5节 总结
第5章 可压缩性条件和关联图
第1节 三维列联表的可压缩性
第2节 压缩性定理和关联图
第3节 结论
第6章 生成多重图
第1节 构建多重图
第2节 三维表格的多重图
第3节 多维表的多重图
第4节 最大生成树
第5节 可分解性
第6节 分解可分解LLM的联合概率
第7节 可分解LLMs的基本条件独立
第7章 不可分解对数线性模型的基本条件独立
第1节 边割集
第2节 不可分解LLM的FCI
第3节 使用多重图 的压缩条件
第4节 FCI:总结
第8章 结论及附加实例
第1节 关联图和多重图的比较
第2节 附加实例
第3节 最后要点
数据集
参考文献
译名对照表

精彩书摘

  一般来讲,用LLM分析一组分类变量之间的关系要分两步:

  1. 确定对数据拟合“最好”的模型

  2. 分析并解析最佳拟合模型的结果

  这两步中的第一步,确定无疑不是一件容易的工作,但是,有大量的文献用于引导模型拟合的程序和方法,包括传统的LLM-拟合过程以及更专业的程序,如条件检验、靴攀法、贝叶斯法,等等。对于给定的列联表寻找最佳拟合的LLM可以使用统计方法和软件,如分段法(Goodman,1971a) 以及两段法(Benedetti & Brown,1978;Brown,1976) 。也可参看Agresti(2002,第9章),Wickens(1989,第5章)和Lawal(2003,第7章)。这本书没有涵盖寻找最佳拟合的LLM的过程。但是,读者可以参看前面引用的相关文献。这本书中的每个例子,对于给定数据都会提供最佳拟合的LLM(或者至少有一个拟合不错的LLM),偶尔会有一些讨论。

  这本书关心的是两步中的后一步。在获得最佳拟合的LLM之后,关键是要准确详实地进行分析和解释。在这本书里,“分析”一个给定的LLM是指确立所有变量之间的关系并且把这些关系转化为对数据的结论;“解释”一个给定的LLM是指确定变量之间的所有关系并将这些关系转化为关于数据的结论。

  用数学图论的工具使得在这方面的总体统计分析可靠、系统、全面、简洁。第一个图形程序,也就是关联图,已经囊括于很多标准的分类数据教科书之中(比如,Agresti,2002;Andersen,1997;Wickens,1989)。第二个图形程序,也就是多重图,相对较新,在教科书中还没有介绍。

  我们假定读者已经熟悉了LLM的应用,熟知来自于标准抽样设计产生的多向列联表中的数据( 参看第3章第4节“抽样设计”部分),以及选择最佳拟合LLM的过程。这本书专注于对最佳拟合LLM结果的分析和解析,用来自心理学、政治学和社会学的大量实例进行解释说明。这本书中展现了许多现实生活中的例子,数据来源是莱特州立大学统计咨询中心的研究项目(已取得客户同意)。

  这本书作为“入门”指南,着重点是对最佳拟合LLM的关联图和多重图的实际应用,从而全面并可靠地分析和解释它。建议读者阅读方法背后的理论文献,包括定理、证明、推导以及计算方法。掌握了这本书的内容,读者将能够解释一个非常复杂的LLM,通过

  1. 确定模型的重要属性,从而加深对模型的理解;

  2. 以清晰易懂的方式解释因子之间的关系;

  3. 确立方法来简化列联表(如,使用压缩条件)。

  最后,这些目标可以很容易地通过关联图和/或多重图来实现。在寻找最佳拟合模型时需要计算机软件和可能很复杂的模型选择策略和技术,但是一旦找到了最佳拟合模型,就可以用图形来分析和解释,而不需要任何的软件、复杂的推导或者繁重的计算。

  对于大多数包含四个变量的LLM(或者有可能是五个变量,取决于模型的复杂程度),变量间的关系可以简单地通过仔细查看LLM本身或者生成类来确定(参看第3章)。

  但是,对于更复杂的LLM,整理包含在模型中的所有信息会非常有挑战性,对资深的LLM分析人员也不例外。这本书中的程序对那些基于庞大多元列联表的复杂LLM尤其有帮助。

  先看一个启发性的例子,考虑10个分类变量编码为0,1,2,……,9。目的是了解这十个变量之间的关系。假设10维列联表的最佳拟合LLM的生成的类(也叫最小充分构形)是[67][013][125][178][1347][1457][1479]。哪些因子间是相互独立的?哪些因子间是条件性独立的?你可以保证你确认了所有独立性和条件独立性吗?哪些因子可以被分解而不改变其他因子之间的关系?你可以保证在分解之后所有的关系都保持不变吗?这个模型的重要属性是什么?即使对于LLM专家来讲,仅仅依靠生成类也是很难详细可靠地回答这些问题的。这本书中展现的程序可以让研究者不借助统计软件或繁重的计算,以一种清晰、全面、系统、循序渐进的方式详尽可靠地回答这些问题。因此,研究者可以清楚地了解因子之间的关联,更重要的是,知道如何准确详实地解释数据。这一10个变量的模型将会在接下来的章节中作为示例加以分析。

  ……

前言/序言

  对数线性模型(LLM)在利奥?古德曼(Leo Goodman) 等人的努力下,于20世纪60年代末期至70年代初得以发展并流行,而毕晓普(Bishop )、费恩伯格(Fienberg )和霍兰(Holland)于1975年写的《离散多元分析 》一书堪称该模型发展和推广中的一个里程碑,它对多向列联表(multi-way contingency tables)的分析产生了革命性的作用。包括LLM在内的分类数据分析的课程目前是社会科学专业研究生教育的一个重要内容。哈里?哈米斯的专著《对数线性模型的关联图和多重图》展示了如何动用数学资源中的图论来理解复杂LLM表明的关联结构。
  哈米斯回顾了二向与多向列联表的关系模式,以及这些表的LLM。在介绍了图论中的一些关键概念之后,他紧接着将这些思想应用到LLM的两个图形典型中:关联图和生成多重图。在更为直观并且广为人知的关联表中,顶点(点)代表列联表中的变量,边(线)对应于模型中的关联项。相反,在多重图中,顶点代表一个分级LLM中的高阶关联项(生成因子),边对应由成对生成因子共享的变量。
  利用经过精挑细选的丰富示例以及清晰的解释,哈米斯展示了LLM的这两个图形典型如何说明模型的结构,揭示了它们的一些特征,如条件独立性(比如说,变量A 和变量B在变量C的分类中是独立的), 可分解性(比如说,模型中的A, B和C联合单元格的概率是AB边际概率和C边际概率的乘积),以及可压缩性(比如说,A和B的边际关联与A 和B在C的分类中的关联是一致的)。总的来讲,这一专著中描述的图论有助于构想和解释多向列表中的复杂LLMs。对于想要深入理解LLMs结构的学生和在研究中应用这些模型的研究者,这一专著都是有价值的。
  编辑注释:这一专著是在前一任丛书编辑廖福挺的指导下开始着手的。

  ——约翰·福克斯
  丛书编辑


《对数线性模型的关联图与多重图:理论、方法与应用》 一、引言:数据世界的深层洞察 在当今信息爆炸的时代,我们被海量的数据所包围。从社交网络上的用户互动,到生物医学研究中的基因表达,再到经济学中的市场分析,各种复杂的关系和模式隐藏在数据之中,等待着我们去发掘和理解。然而,这些数据往往并非简单的线性关系,而是充斥着非线性的耦合、多层级的结构以及错综复杂的依赖。传统的统计模型在处理这类高维、多变量、且相互交织的数据时,常常显得力不从心。 “对数线性模型的关联图与多重图:理论、方法与应用”一书,正是为了应对这一挑战而生。本书深入探讨了对数线性模型(Log-linear Models)这一强大的统计工具,并在此基础上,进一步拓展至关联图(Graphical Models)和多重图(Multigraphs)的框架,为我们理解和建模复杂数据系统提供了一套系统而全面的理论体系和实践指南。本书旨在帮助读者摆脱对表面现象的停留,深入挖掘数据背后的真实关联,构建更具洞察力的数据分析框架。 二、对数线性模型:揭示变量间的耦合机制 本书的第一部分,将带领读者进入对数线性模型的世界。对数线性模型是一种用于分析离散型多变量数据的通用框架。它通过将分类变量的联合概率分布转化为线性模型,有效地捕捉了变量之间的所有阶的相互作用。与传统的列联表分析相比,对数线性模型能够更精细地描述变量之间的复杂关联,尤其是在变量数量较多时,其优势尤为突出。 我们将从最基础的概念讲起,例如: 多维列联表: 理解如何组织和表示多变量的离散数据。 模型表示: 学习如何用加法形式表示变量之间的对数联合概率,以及为何这种形式能够捕捉相互作用。 模型拟合: 详细介绍最大似然估计(Maximum Likelihood Estimation)等核心方法,用于从数据中估计模型参数。 模型选择: 探讨如何利用信息准则(如AIC, BIC)和似然比检验(Likelihood Ratio Test)来评估模型的拟合优度和选择最优模型。 边界模型(Saturated Model)与阶数(Order)的含义: 深入理解模型中各个项代表的变量组合以及它们对解释联合概率分布的作用。 主要效应(Main Effects)、二阶交互作用(Second-order Interactions)和高阶交互作用(Higher-order Interactions): 阐述这些术语在对数线性模型中的具体含义,以及它们如何揭示变量之间是独立存在、两两相关还是存在更复杂的协同作用。 本书将通过丰富的实例,例如社会科学中的问卷调查数据、医学研究中的病例分类数据等,生动地展示对数线性模型的应用。读者将学习如何构建和解释一个对数线性模型,从而洞察哪些变量对另一些变量产生影响,影响的强度如何,以及这些影响是独立的还是协同的。 三、关联图:数据结构的直观映射 当变量数量增加时,仅通过模型参数来理解所有变量之间的相互作用会变得十分困难。此时,关联图(Graphical Models)就成为了一个强大的可视化和概念化工具。本书的第二部分,将重点介绍如何将对数线性模型与关联图相结合。 关联图是一种用图论(Graph Theory)来表示概率模型的方法。在这种表示下,图中的节点代表随机变量,图中的边代表变量之间的条件独立性关系。具体而言,本书将聚焦于两种主要的关联图类型: 马尔可夫随机场(Markov Random Fields, MRFs): 尤其关注其与无向图(Undirected Graphs)的对应关系。我们将学习如何将对数线性模型中的交互项映射到图中的边和团(Cliques),从而实现参数模型与结构模型的统一。 贝叶斯网络(Bayesian Networks): 尽管本书主要侧重于对数线性模型,但也会简要介绍其与有向图(Directed Graphs)的联系,为读者提供更广阔的概率图模型视角。 通过关联图,我们可以直观地看到: 变量之间的直接依赖关系: 图中的边直接标示了哪些变量之间存在直接的条件依赖。 变量之间的条件独立性: 图中未连接的节点或被其他节点“分离”的节点组,代表了变量之间的条件独立性。这对于理解数据的“局部”结构至关重要。 模型的可解释性: 关联图提供了一种简洁而强大的方式来可视化复杂的模型结构,使得模型更加易于理解和解释,尤其是在处理高维数据时。 模型推断和学习: 关联图不仅是可视化工具,更是进行概率推断(如计算边缘概率、条件概率)和模型学习(如结构学习)的基础。 本书将展示如何从拟合好的对数线性模型中提取出关联图的结构,以及如何根据先验知识或从数据中学习关联图的结构,再将其转化为对应的对数线性模型。例如,在社交网络分析中,关联图可以清晰地展示用户之间的连接模式,哪些用户群体之间存在更紧密的联系,哪些因素(如共同兴趣、地理位置)影响了连接的形成。 四、多重图:捕捉多层级与异质性关联 现实世界中的数据系统往往比简单的成对关联更加复杂。一个系统中可能存在多层级的结构,不同层级之间相互影响,或者存在不同类型的关联。多重图(Multigraphs)的概念正是为了应对这种复杂性而引入的。在传统的图论中,多重图允许在两个节点之间存在多条边,或者允许不同类型的边。在本书的语境下,多重图将用于建模更精细、更具层级的关联模式,尤其是在对数线性模型和关联图的基础上。 本书的第三部分,将深入探讨多重图在对数线性模型和关联图框架下的应用: 分层对数线性模型(Hierarchical Log-linear Models): 介绍如何构建包含不同“层级”或“类型”的交互项的模型,例如,在一个研究项目中,我们可以同时考虑个体层面的交互作用和群体层面的交互作用。 多层关联图(Multi-layer Graphical Models): 学习如何构建由多个相互连接的图层组成的网络,每个图层代表一种特定类型的关联或位于不同的分析层面。例如,一个社交网络可以包含“好友关系”层,“共同话题讨论”层,“购物偏好”层。 复合关联图(Composite Graphical Models): 探讨如何将不同类型的边或不同类型的节点嵌入到同一个图中,以表示更复杂的异质性关联。例如,在一个生物网络中,节点可以是基因,边可以是“共表达”、“相互作用”或“调控”等不同类型的关系。 跨层级与跨类型推断: 介绍如何在多重图模型中进行推断,例如,如何根据一个层级的关联信息来预测另一个层级的关联,或者如何整合不同类型的关联信息来对整体系统进行建模。 我们将通过具体案例,例如: 生态系统建模: 考虑不同物种之间的捕食、竞争、共生关系,以及这些关系在不同地理区域或时间段的变化。 交通网络分析: 建模不同交通方式(如汽车、火车、飞机)之间的连接,以及它们在不同时间段的流量变化。 知识图谱构建: 表示不同实体(如人物、地点、事件)之间的多种关系(如“出生于”、“访问过”、“参与了”)。 多重图的引入,使得我们能够捕捉数据中更丰富、更细致的结构信息,从而获得更深入的理解和更精准的预测。 五、实际应用与案例研究 贯穿全书,我们将提供大量详细的案例研究,涵盖社会科学、医学、生物信息学、金融、工程等多个领域。这些案例将帮助读者: 将理论知识转化为实践: 学习如何根据具体的数据和研究问题,选择合适的对数线性模型、关联图或多重图框架。 运用统计软件: 介绍常用的统计软件(如R、Python的统计库)在实现这些模型中的具体操作,包括数据预处理、模型拟合、结果解释等。 解读模型结果: 学习如何从模型输出中提取有意义的信息,并将其转化为可操作的见解。 进行模型诊断与鲁棒性检验: 了解如何评估模型的拟合度和稳定性,以及如何处理数据中的异常值和不确定性。 六、未来展望 本书的最后,将对对数线性模型、关联图和多重图在数据科学领域的未来发展方向进行展望,包括: 高维稀疏数据的处理: 如何在变量数量远大于样本量的情况下,有效地构建和学习模型。 动态系统的建模: 如何将这些模型扩展到处理时间序列数据,捕捉系统随时间的变化。 与其他机器学习技术的融合: 如何将对数线性模型和图模型与深度学习、集成学习等技术相结合,发挥各自优势。 可解释人工智能(Explainable AI, XAI)的贡献: 探讨这些模型在提供可解释的AI模型方面的重要作用。 七、目标读者 本书适合以下读者: 统计学、数据科学、机器学习领域的学生和研究人员: 提供扎实的理论基础和实用的分析方法。 对分析复杂离散数据感兴趣的各领域专业人士: 如社会学家、生物学家、经济学家、市场研究人员、工程师等,希望提升数据分析能力,深入洞察数据背后的关联。 希望将统计建模提升到新高度的从业者: 寻求超越传统线性模型和简单图结构的强大工具。 结论 “对数线性模型的关联图与多重图:理论、方法与应用”不仅仅是一本技术手册,更是一次探索数据世界深层结构的旅程。本书将带领读者掌握一套强大的分析工具,理解变量之间复杂的相互作用,揭示隐藏在数据之下的结构性规律,从而在日益复杂的数据环境中做出更明智的决策。我们相信,通过学习本书,您将能够以全新的视角审视数据,发掘数据中蕴含的无限潜力。

用户评价

评分

从阅读体验上讲,这本书的结构非常线性,从基础的概率论回顾到指数族模型的构建,再到最后的高阶统计推断,逻辑链条完整且严密。然而,这种高度的理论自洽性也带来了一个副作用:它似乎回避了实际数据分析中必然出现的非理想情况。例如,在讨论关联图的估计时,几乎所有推导都基于数据是完整、无噪声的理想假设。对于处理大规模、缺失值众多的真实世界网络数据,这本书提供的理论工具在处理数据稀疏性和样本偏差方面的“鲁棒性”章节非常简略。读者需要自行去填补从完美理论模型到嘈杂实际数据的鸿沟。我感觉,如果能增加一些关于如何利用蒙特卡洛方法或贝叶斯非参数方法来增强模型对异常值的抵抗力、或者如何针对特定拓扑结构进行模型选择和模型简化(例如,如何判断是否需要保留所有“多重”维度),这本书的实用价值将会大大提升。目前的版本,更适合作为研究人员构建新理论模型的参考手册,而非供数据科学家快速部署的实用指南。

评分

这本书的论述风格非常古典和严谨,每一个结论都建立在清晰可追溯的数学推导之上,这无疑是其优点。然而,这种风格也导致了它在涉及“关联图”这一主题时,略显滞后于当前的研究前沿。我特别关注了书中关于动态网络演化的部分,期望看到诸如时间序列的马尔可夫随机场或更先进的循环神经网络结构如何嵌入到这种对数线性框架中。结果发现,作者对动态性的处理相对保守,主要集中在对静态快照序列的独立建模和事后比较上,缺乏对内在依赖机制的实时捕获能力。对于那些希望利用这些模型来预测网络未来状态的读者而言,这本书提供的是一个坚实的基础,但远非一个实用的预测工具包。它更像是一部理论基石的奠基之作,而非在应用层面上提供即插即用的解决方案。因此,在尝试用它解决动态社区演化或信息级联路径预测等问题时,总感觉隔着一层厚厚的理论屏障,无法直接触及问题的核心。

评分

阅读这本书的过程,更像是一场对现代统计物理学中场论思想的再学习,而非单纯的图论应用手册。作者似乎将更多的精力倾注在了如何构建一个适用于处理高阶交互作用的数学框架上,这一点从其对指数似然函数和其对偶形式的详尽论述中可见一斑。对于一个热衷于软件工程和实际系统建模的人来说,书中关于如何处理“多重图”的章节,并没有提供足够直观的算法步骤。例如,当讨论到多模态数据融合时,期望看到的是类似矩阵分解或张量分解在图结构上的推广,但取而代之的是一长串基于变分推断(Variational Inference)的迭代公式。这些公式虽然在理论上保证了收敛性,但在实际计算中,如何设定合理的先验分布,以及如何评估模型在不同规模数据下的鲁棒性,书里给出的指导非常有限。我感觉自己仿佛站在一个设计精良但操作说明书缺失的复杂设备的面前,理论蓝图清晰可见,但动手实践的路径却需要自己摸索和补充大量的外部知识。

评分

坦白说,这本书在“多重图”的处理上,展现出了一种近乎纯粹的组合数学视角,这与我习惯的概率建模方法形成了有趣的对比。作者对图的同构性和子图匹配问题进行了深入探讨,这部分内容虽然令人印象深刻,但似乎与“对数线性模型”的主线关系有些疏远。我更希望看到的是,如何利用多重图的结构冗余性来降低参数估计的不确定性,或者如何设计正则化项来惩罚那些在所有图层上都不一致的关联。书中对这些应用层面的连接处理得相对薄弱,更多是将其视为一个需要严格定义的数学对象,而非一个可以被有效利用的建模资源。举个例子,如果一个多重图代表了生物网络中的蛋白质相互作用、基因调控和代谢通路,我们期望模型能够清晰地分离出每个层级的独特贡献,并量化它们之间的跨层级依赖强度。这本书提供的框架虽然能够容纳这些信息,但在如何从后验分布中提取这些具体、可量化的“关联强度”方面,没有给出足够清晰的指引。

评分

这部著作的标题本身就充满了吸引力,勾起了我对图形理论和统计模型交叉领域的浓厚兴趣。我最初翻开这本书,期待能看到对复杂系统结构化表示的深刻洞察,特别是如何利用图论的强大工具来解析那些本质上具有多重依赖关系的现象。然而,书中的内容似乎并未完全聚焦于我所期望的“关联图”和“多重图”的精细结构分析。相反,它更侧重于介绍一种宏观的、基于概率分布的建模框架,这种框架虽然严谨,但在具体应用到实际的复杂网络结构识别时,显得有些抽象和工具化。例如,作者在引入如何对多层网络进行特征提取时,花费了大量的篇幅去推导一个高维概率张量上的近似解法,这对于那些希望快速掌握如何用图形结构来解释观测数据的读者来说,可能略显繁冗。我本想看到的是更多关于图嵌入技术如何与指数族分布模型相结合的具体案例,比如如何用邻接矩阵的谱信息来约束对数线性模型的参数空间,从而更有效地处理稀疏连接问题。总的来说,这本书的数学基础扎实,但在如何将这些理论工具直接映射到可解释的“关联”和“多重”图结构的可视化与分析上,似乎留下了相当大的操作空间供读者自行探索。

评分

好书,值得阅读,值得收藏。

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格致出版社的这套现代统计学系列非常不错!

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其中一本的话,多本书,

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绿皮书的信誉,还是非常有保障的,我这套书基本上都买到了。

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读万卷书行万里路开卷有益

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收集一套了这种社科书,格致牛叉,吴老师牛叉。。

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格致出版社的这套现代统计学系列非常不错!

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送货快,很好的书

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好书,值得阅读,值得收藏。

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