皮尔逊Pearson相关系数python代码实现

皮尔逊相关系数简介

wiki介绍

皮尔逊积矩相关系数（英语：Pearson product-moment correlation coefficient，缩写：PPMCC，或PCCs，有时简称相关系数）用于度量两组数据的变量X和Y之间的线性相关的程度。它是两个变量的协方差（Cov）与其标准差（std）的乘积之比； 因此，它本质上是协方差的归一化度量，因此结果始终具有介于-1和1之间的值。

我们在数学建模中经常用样本值去估计总体数值，所以有些时候会运用样本协方差去作为总体协方差。

皮尔逊系数的计算公式

皮尔逊相关系数的目的是剔除了自变量和因变量的量纲影响，而且是X,Y标准化之后的协方差。

补充

协方差

协方差主要用于看X和Y之间的变化程度，即为如果两者在一定区间内变化趋势为相同或者相近的时候，cov（x，y）取正，相反取负。而且协方差一般用于研究趋势，不用于比较。

标准差

标准差主要是方差的平方根，而且主要用于去除量纲的影响，而且标准差能反映一个数据集的离散程度。

方法局限性

与协方差本身一样，该度量只能反映变量的线性相关性，而忽略了许多其他数据类型的关系或相关性。

皮尔逊系数应用条件

1. 线性相关性

首先我们应该先确定自变量因变量之间具有线性相关性，之后我们再去根据皮尔逊系数去估计他们的先行相关性的程度。我们这里的线性相关性主要指的是广义的线性相关性。而不是（x，y之间的简单相关性），（取对数之后也认为具有线性相关性）

我们一般还会通过t检验等进行皮尔逊相关系数检验，然而t检验等方法需要数据符合正态分布，所以我们第二个条件为符合正态分布。

2. 数据符合正态分布

正态分布检验主要分JB检验(大样本 n>30)和Shapiro-wilk夏皮洛-威尔克检验(小样本3<=n<=50)，后续会讲到

3. 数据需要成对存在

因变量和自变量一般要求一一对应，不能有缺失值

4. 无异常值

数据不应该出现极端值或者异常值

5. 数据为数值类型变量

这里的意思即为数据必须是区间或比例变量，简言之即为可以直接比较数据大小的变量（比如温度，15摄氏度比10摄氏度大）。而且比如（甲乙丙丁）（）不属于区间或者比例数据。

皮尔逊系数计算实现代码

import pandas
import pandas as pd
from scipy.stats import pearsonr
# 计算皮尔逊相关系数矩阵
def calculate_pearson_correlation(data):
    data = pandas.DataFrame(data)
    correlations = data.corr(method='pearson')
    return correlations
def GetPvalue_Pearson(x,y):
    return pearsonr(x,y)[1]
# 返回的是相关系数检验P值矩阵
def calculate_person_correlation_P(data):
    data = pd.DataFrame(data)
    return data.corr(method=GetPvalue_Pearson)

皮尔逊系数检验

常规方法

皮尔逊系数r的检验我们主要分为以下三步，

1. 首先提出原假设H0和备择假设H1（而且H1和H0为互斥关系）

H0:皮尔逊相关系数为0，H1：皮尔逊相关系数不为0。

2. 假设原假设成立（条件），我们构造符合自由度为（n(样本数）-2）的t分布统计量，而且t的公式如图所示。

备注：r为计算得知的皮尔逊系数，n为样本数，t为检验值

3. 我们画出分布的概率密度函数pdf，而且给定默认置信水平（一般为95%），确定接受域和拒绝域，而且一般默认为双侧检验，最后我们根据查T分布表得知临界值（上网找T分布的临界值即可）

网址如下：t分布表：https://wenku.baidu.com/view/d94dbd116bd97f192279e94a.html

P值检验法

我们用scipy方法取得P值矩阵，之后我们根据置信水平（95%）得知是否能够拒绝原假设即可。

结论：若P值大于0.05，证明不能够拒绝原假设，即为皮尔逊系数为0。与此同理可得P值小于0.05，能够拒绝原假设，即为皮尔逊系数不为0。

文中采取的方法为此种，代码如下。

def GetPvalue_Pearson(x, y):
    # pearsonr()返回的第一个皮尔逊系数，第二个为皮尔逊系数在执行水平为0.95条件之下的P值
    return pearsonr(x, y)[1]
# 返回的是相关系数检验P值矩阵
def calculate_person_correlation_P(data):
    data = pd.DataFrame(data)
    return data.corr(method=GetPvalue_Pearson)

参考

https://blog.csdn.net/qq_43779658/article/details/107783184