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相関係数を計算するJavaプログラム

相関係数の計算を行うJavaのサンプルプログラムをまとめています。

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目次

このページの目次です。

1. 相関係数とは
2. サンプルプログラム

参考書籍
もっと知識を広げるための参考
更新履歴

1. 相関係数とは

相関係数は以下の式で表現されます。Sxyは偏差積和、Sxx、Syyは偏差平方和です。

相関係数算出式

相関係数を計算するJavaのプログラムのコードです。 統計の知識に関しては、『多変量解析法入門 (ライブラリ新数学大系) 』(永田靖)の第2章 統計的方法の基礎知識を参考にしています。

2. サンプルプログラム

相関係数の計算を行うサンプルプログラムです。

計算クラス(Calculator.java)

計算を行うクラスです。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 計算クラス
 */
public class Calculator {

	/**
	 * 相関係数を計算する
	 * @param itemXi 項目リスト(Xi)
	 * @param itemYi 項目リスト(Yi)
	 * @return 結果
	 */
	public Double correlationCoefficient(final List<Double> itemsXi, final List<Double> itemsYi) {
		Double sxy = deviationSumOfProduct(itemsXi, itemsYi);
		Double sxx = sumOfSquares(itemsXi);
		Double syy = sumOfSquares(itemsYi);
		return  sxy / Math.sqrt(sxx * syy);
	}

	/**
	 * 偏差積和を計算する
	 * @param itemXi 項目リスト(Xi)
	 * @param itemYi 項目リスト(Yi)
	 * @return 結果
	 */
	public Double deviationSumOfProduct(final List<Double> itemsXi, final List<Double> itemsYi) {
		List<Double> itemsXiYi = new ArrayList<>();
		int n = itemsXi.size();

		for (int i = 0; i < n; i++) {
			itemsXiYi.add(itemsXi.get(i) * itemsYi.get(i));
		}
		Double xiyiSum = sum(itemsXiYi);
		Double xiSum = sum(itemsXi);
		Double yiSum = sum(itemsYi);
		return xiyiSum - ((xiSum * yiSum) / n);
	}

	/**
	 * 平方和を計算する
	 * @param items 項目リスト
	 * @return 結果
	 */
	public Double sumOfSquares(final List<Double> items) {
		Double xbar = average(items);
		List<Double> squares = new ArrayList<>();

		for (Double item : items) {
			Double sqare = (item - xbar) * (item - xbar);
			squares.add(sqare);
		}
		return sum(squares);
	}

	/**
	 * 平均値を計算する
	 * @param items 項目リスト
	 * @return 結果
	 */
	public Double average(final List<Double> items) {
		return sum(items) / items.size();
	}

	/**
	 * 総和を計算する
	 * @param items 項目リスト
	 * @return 結果
	 */
	public Double sum(final List<Double> items) {
		Double result = 0.0;

		for (Double item : items) {
			result += item;
		}
		return result;
	}
}

テスト用クラス

テスト用のクラスです。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * サンプルのテスト用クラス
 */
public class SampleTest {

	private static int[] xi = {
		28, 30, 25, 27, 32, 36, 31, 29, 30, 35, 33, 37, 36, 33, 28,
		34, 27, 35, 33, 31, 35, 28, 31, 39, 34, 31, 38, 37, 32, 31};

	private static int[] yi = {
		73, 67, 62, 71, 70, 73, 72, 71, 73, 74, 76, 78, 77, 71, 66,
		70, 64, 75, 68, 66, 69, 65, 66, 71, 77, 70, 81, 73, 75, 78};

	public static void main(String[] args) {
		List<Double> itemsXi = prepareTestData(xi);
		List<Double> itemsYi = prepareTestData(yi);
		Calculator calc = new Calculator();
		Double sxy = calc.deviationSumOfProduct(itemsXi, itemsYi);
		Double sxx = calc.sumOfSquares(itemsXi);
		Double syy = calc.sumOfSquares(itemsYi);
		Double r = calc.correlationCoefficient(itemsXi, itemsYi);
		System.out.println("偏差積和(Sxy)\t\t:" + sxy);
		System.out.println("偏差平方和(Sxx)\t:" + sxx);
		System.out.println("偏差平方和(Syy)\t:" + syy);
		System.out.println("相関係数(r)\t\t:" + r);
	}

	private static List<Double> prepareTestData(int[] sample) {
		List<Double> items = new ArrayList<>();

		for (int data : sample) {
			items.add((double) data);
		}
		return items;
	}
}

実行すると以下のように表示されます。

偏差積和(Sxy)		:302.6000000000058
偏差平方和(Sxx)	:372.79999999999995
偏差平方和(Syy)	:621.2000000000002
相関係数(r)		:0.6288039313820871

参考書籍

参考にしている書籍の情報をまとめています。

『入門 統計解析法』(永田靖)

『入門 統計解析法』の基本情報です。

  • タイトル:入門 統計解析法
  • 発売日:1992年04月05日
  • 著者/編集:永田靖
  • 出版社:日科技連/li>
  • サイズ:単行本
  • ページ数:276ページ
  • ISBNコード:4-8171-0266-7

『多変量解析法入門』(永田靖)

以下は『多変量解析法入門』の基本情報です。

  • タイトル:多変量解析法入門 (ライブラリ新数学大系)
  • 発売日:2001年04月10日
  • 著者/編集:永田靖 棟近雅彦
  • 出版社:サイエンス社
  • サイズ:単行本
  • ページ数:245ページ
  • ISBNコード:4-7818-0980-9

もっと知識を広げるための参考

もっと知識を広げるための参考です。

Javaで学ぶ計算プログラム入門

Javaで学ぶ計算プログラムの入門コンテンツをテーマに記事まとめています。 簡単な平均値の計算プログラムから知識を補足しつつ系統立てて説明しています。 標準偏差、相関係数、連立方程式の解法プログラム、回帰分析などの統計解析などの計算プログラムを取り扱っています。

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Javaとは?から言語の枠を超えるところまで、Java言語についてまとめています。

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