我国优秀女子铅球运动员专项素质与成绩的PLS1模型

来源 :体育博览·研究版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hengheng5251984
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:运用单因变量偏最小二乘回归法(PLS1)对我国优秀女子铅球运动员身体素质和运动成绩之间的关系进行回归建模分析,发现:(1)它不仅解决了运动训练学中样本数目少的问题,也科学的解决了自变量之间高度共线性问题,而且在建模过程中包括所有的自变量,消除了回归方程和运动训练实践过程之间相悖问题;(2)女子铅球运动员专项素质内容的分类及对运动成绩影响大小的顺序依次为专项练习类、爆发力练习类、最大力量练习类和速度练习类,专项练习类包括专项技能练习和专项力量练习;(3)专项素质练习内容对投掷成绩的影响排名依次为原地推铅球、铅球前抛、铅球后抛、和深蹲练习;(4)可实现运动员成绩和专项素质之间的测评,包括对运动成绩的预测功能、评价功能和控制功能。
  关键词:偏最小二乘回归 女子铅球运动员 身体素质 专项成绩 pls1模型
  一、研究对象
  本文以黄坚毅在《田径》2002年第1期上发表的论文数据资料为原始数据,取该文数据资料前15名优秀女子铅球运动员的运动成绩和其所应具有的各项身体素质进行研究。其中以y表示成绩(米),以x1…x11分别代表30米、100米、立定跳远(米)、立定三级跳(米)、铅球后抛(米)、铅球前抛(米)、卧推(kg)、抓举(kg)、深蹲(kg)、挺举(kg)、原地推铅球(kg)专项力量指标。
  二、研究方法
  (1) 文献资料法:通过CNK数据库和查阅与本研究相关的文献资料,收集相关关数据,作为分析研究依据。
  (2)偏最小二乘回归法:偏最小二乘法是一种数学优化技术,它通过最小化误差的平方和找到一组数据的最佳函数匹配, 用最简的方法求得一些绝对不可知的真值,而令误差平方之和为最小。
  三、分析和讨论
  1、使用用单因变量偏最小二乘回归分析法(PLS1)的意义
  铅球运动员的竞技核心能力不仅是技术,而且还有专项身体素质即体能,其中专项身体素质是决定运动成绩的内在基础,是构建竞技能力的核心,也是训练的主要内容。提高专项训练内容的科学性和针对性,突出专项能力的发展和提高是高水平铅球运动员的发展趋势。明白和确定影响铅球运动员竞技成绩铅与身体素质指标因素及各个子因素之间的关系是教练员普遍关心的问题。但是要确定他们之间的关系就需要大量的样本,但是由于训练手段本身及其与专项成绩之间关系的复杂性以及采集优秀运动员样本的限制,使得研究人员获得的往往是样本量较小,且自变量指标众多且共线性非常复杂的高维数据。在这种条件下我们不得不引人一种新的方法偏最小二乘回归的方法,它对系统信息的综合与筛选能力强、拟合与预测精度较高,是目前处理运动训练领域小样本多指标共线性数据的一个非常有效的统计方法,并为运动训练学理论模型的实证检验提供了可能。在运动训练理论与时间中中它不仅是有效的建模方法,也是处理运动训练中的小样本、多指标共线性数据的最佳方法,无论对理论发展和实践指导都具有重要意义。利用它建立的模型不仅可以实现预测、评价功能,同时也可以实现控制功能以便于教练员对同一成绩不同运动员之间的专项身体素质进行诊断和评价。为今后不同运动员专项身体素质训练的针对性和成绩的预测提供良好的参照。
  2、pls1的特点和算法
  pls1是偏最小二乘回归法的特例,它表示因变量只有一个的情况,其核心算法和思想和偏最小二乘回归一样。具有计算量小、预测精度高、无需剔除任何自变量等优点,特别是在自变量指标较多且共线性复杂的情况下相当有效,并可以同时实现回归建模,数据结构简化以及两组变量间的相关分析。它集中了主成分分析、相关分析和多元线性回归分析方法的特点,特别当两组变量的个数很多,且变量间都存在多重相关性,而观测数据的数量偏少时,用偏最小二乘回归分析方法建立的模型比传统的经典回归分析方法有更好的效果。
  单偏最小二乘回归的算法是:对于1个因变量和p个自变量的n个样本点,构成了自变量与因变量的数据表X=[x1, …xp]nxp。Y=[y]nx1,偏最小二乘回归要求分别在X和Y中提取成分t1和u1,他们分别是自变量X和Y的线性组合。要求分别尽可能地携带他们各自数据表中的变异信息,同时t1和u1的相关程度能够达到最大。当第一个成分被提取后,偏最小二乘回归分别实施X对t1的回归和Y对t1的回归,如果回归方程已经达到满意的精度,则算法终止;否则,将利用被解释后的残余信息进行第二轮的成分提取,直到满意精度为止。若对自变量提取了r个成分,t1、t2…tr,则建立y1与t1、t2…tr的回归后,在表达成y1对原始自变量[x1, …xp] 回归,至此偏最小二乘回归建模完成。
  3、采用PLS1方法分析的必要性分析
  为说明使用PLS1分析数据的必要性,我们首先对自变量数据之间共线性和相关性诊断。其诊断方法是利用spss 数理统计中的相关分析操作程序得出。表1 是检验的结果,其中数字后面带有双星号**表示,相关性显著水平在99%以上,是高度相关。因此,我们可以认为自变量之间是高度相关,存在严重的、复杂的共性问题,所以不能使用常规方法建模,但是片最小二乘回归是可以解决以上问题的。为了能准确说明其共线性问题,我们也可以利用应用SPSSLinearRegression过程的Backward筛选变量和进行多重共线性诊断在Linear Regression对话框,把应变量Y放入Dependent栏,全部自变量放入Independent栏,在Method下拉菜单中,选择Backward法,筛选有统计学意义(P<0.05)的自变量。在Statistics对话框,选择Descriptives,Covariance matrix和CoLlinearityDiagnostic,其他为系统默认值。运行后发现模型1和模型2的F检验都可以通过F检验(检验结果表略),但是模型1中的的回归系数的t检验达不到显著性水平,所以模型1的回归方程没有意义。模型2中的x3、x5、x6、x9不能进入方程,但是他们与应变量y的关系十分密切,所以剔除不合适,且其余自变量方差膨胀因子(vip)均大于10,除x8外的其他变量容忍度(tolerance)均小于0.1,因此共线性问题存在,采用Backward和其他的传统回归方法建模的方法不可取。
  我们在对自变量和因变量之间回归分析时,首先要确定回归分析的方法,既要对自变量之间的关系进行确定,这个问题我们可以运用spss提供的共线性统计量进行诊断和分析:容差(Tolerance)和方差膨胀因子(VIF)。容差=1-R2i,R2i是第i个自变量与其他自变量的决定系数,容差越小(接近0),该自变量几乎是其他自变量的线性组合。VIF是容差的倒数,小容差导致大VIF,故某自变量的小容差和大VIF均提示其共线性存在。特征、条件指数和自变量方差百分比共线性的诊断指标,根据特征值的大小可以把自变量划区分到不同维数,当特征值接近0,其对应的某些自变量呈高度相关,该矩阵称为“病态”。条件指数是最大特征值与随后特征值之比的平方根,条件指数>15表示可能存在共线性,>30表示有高度共线性。因此我们认为以上自变量存在高度的相关性和共线性。通过表3 也可发现,条件指数大于30的有维数有3、4、5、6、7、8,说明他们之间有严重的共线性关系,且维数3、4、6、7、8之间都有一个自变量的方差百分比大于0.5,说明这5个自变量包括在此共线性关系之中。因此使用传统的建模方法不可取。
  四、我国优秀铅球运动员专项素质与成绩的PLS1实证分析
  1、专项素质和运动成绩回归方程的构建及分析
  在以上分析的基础上,利用simca-p11.5软件对以上自变量和因变量之间关系分析,可以得出以下方程,表1所示。
  表 1PLS1回归系数估计结果
  
  通过表1,明显可以看出PLS1回归方程包含了所有的自变量,虽然个别变量的回归系数会出现负值,但它们的取值很小,几乎可以忽略。因此与传统回归建模相比偏最小二乘回归建模没有剔除任何一个变量,所以更容易让人接受。并且通过以上数字,我们可以看出x1和x2的值前面带有负号,说明其与铅球投掷成绩成否向作用。但是由于30米和100米运动成绩好坏与测试成绩值的大小成反比关系,所以x1和x2的提高(即数值的减小)对铅球投掷成绩的提高也起正向作用。而其他素质与运动成绩高度相关。
  2、单因变量偏最小二乘回归方程(pls1)的精度分析
  在单因变量偏最小二乘回归计算过程中,所提取的综合变量,右着两方面的要求,一是尽可能多地携带自变量系X中变量的变异信息参与建模,二是又尽可能多地解释因变量Y中的变异信息。所以用于分析过程的信息越多,对因变量Y的解释越大,偏最小二乘回归方程的精度就越高,预测效果也就越好。该方程的计算结果如下所示:
  表2个主成分对自变量X和应变量Y的解释能力
  
  根据交叉有效性原则Q2>0.0975的决策原则,我们可以做出最少2个主成分,但是主成分t1解释了原自变量96.6%的信息,同时也解释了因变量Y99.8%的变异信息,而主成分t2对自变量X和因变量Y的解释率已经很低了,所以采用一个主成分是完全可以的。这也表明提取以个主成分的但因变量偏最小二乘回归方法是可取的,同时有很好的预测精度。
  3、训练手段对成绩影响程度的重要性排序
  根据表2 我们可以发现训练手段对专项成绩具有最大解释作用的4项素质指标, x5、x6 、x9和x11的VIP值最大且大小一样,说明在铅球技术训练中下肢的最大力量和爆发力的练习和专项技能练习有着同样的作用。结合专项投掷理论进行分析,由于铅球运动属于体能类最大力量性项目,且最后出手瞬间的动作技术的速度和出手角度对铅球投掷成绩有很大影响,同时根据专项投掷技术动作形似性原理,因此我们可以认为x11、 x6、x5和x9的排名分别为为第一、第二、第三和第四。因此,我们也可以对训练手段进行分类和排序,如表3所示。
  表3各自变量的VIP的指标
  
  与以往回归建模方法不同的是单因变量偏最小二乘回归分析(PLS1)可以实现预测、控制和评价的功能,同时在测度自变量对因变量影响重要性程度时,并非直接比较各自变量的标准化回归系数大小,而是使用变量投影重要性指标VIP来决定,从VIP的指标可以看出,各个自变量对因变量影响的次序为:
  表4优秀女子铅球运动员训练手段的分类及各自变量的VIP指标值
  
  我们利用变量投影重要性指标VIP对影响铅球运动成绩的主要身体素质指标进行分析,不仅可以对其进行科学分类,使我们清楚地认识到那些训练内容在影响成绩方面那些其主要作用,那些气次要作用,同时也有助于提高运动训练水平的效率的提高。从表3看出,女子铅球项目训练手段的分类,可以分为专项练习、爆发力练习、最大力量练习和速度练习。且对铅球运动成绩的影响排名依次为第一、第二、第三和第四。很据自变量的VIP值分析专项练习内容,可以得出专项训练内容不仅包括是铅球后抛、铅球前抛、原地推铅球而且还包括深蹲练习。
  由于铅球项目属于体能类测远度性项目,因此它不仅需要技术更需要力量和速度。根据表4 各个训练手段VIP的值看,速度类训练手段对运动成绩影响最小,而专项类练习手段和力量练习包括上下肢的最大力量练习和爆发力练习对运动成绩影响大、因此,我们可以认为女子铅球专项练习内容包括专项技能练习和专项力量练习,所以选择训练手段时应尽可能多的安排专项技能练习和专项力量练习。虽然速度类练习的名次靠后,但是其VIP值与其他类差别也不大,因此速度类练习在训练中也不能忽视。同时这样的一个机构层次也是符合铅球项目专项训练理论与实践。
  五、结论
  1、单因变量偏最小二乘回归分析是解决多指标且共线性复杂条件下回归建模的一个非常有效的方法,无须剔除任何自变量,同时实现对运动成绩和身体素质之间的回归建模,精度非常高,且可以为运动员成绩的预测、评价和诊断提供了科学依据。
  2、我国优秀女子铅球运动员的专项身体素质内容的划分和对运动成绩的影响顺序依次为专项练习、爆发力练习、最大力量练习和速度练习。且专项练习专项技能练习和专项力量练习。从对专项运动成绩的影响看,其分析结合于专项投掷理论和实践也非常吻合。
  3、我国优秀女子铅球运动员的专项练习专项练习内容及排名依次为原地推铅球、铅球前抛、铅球后抛、和深蹲练习。
  参考文献:
  [1]黄坚毅,章碧玉.解读自己(14)——男子铅球[J].田径, 2002;1: 24~27
   [2]http://zhidao.baidu.com/question/104921967.html
  [3]王惠文.偏最小二乘回归的线性与非线性方法.[M],北京:国防工业出版社,2006
  [4]邓念武,徐晖. 单因变量的偏最小二乘回归模型及其应用[J]. 武汉大学学报(工学版),2001;2:14-16
  [5] 马勇占.我国优秀铁饼运动员专项力量指标与专项成绩的PLS1模型[J]. 天津体育学院学报, 2005 ;1:25-27
  [6]徐林. 利用SPSS进行主成分回归分析[J]. 宁波职业技术学院学报,2006;2 :67-69
  [7]马勇占,偏最小二乘回归在运动训练研究中的应用[J].体育学刊,2009;10
  
其他文献
是否具备良好的意志品质已经成为个人能否在社会上站得住脚的关键因素。为了提高学生们的意志品质,为其学习和日后的工作打下坚实的基础,体育教师应有效运用课堂教学,加强学
据《Portable Design》2009年第6期报道,ANADIGICS公司开发了应用于WiMAX4G的功率放大器AWM6433,适用于3.4~3.6GHz频段。该功率模块支持IEEE802.16d-2004和802.16e-2005标准,
听相声曾是人们消遣娱乐的首选。记忆当中,相声演员穿着长衫,手拿折扇,说学逗唱,妙语连篇,那些难忘的相声演员和相声段子总会扫除我们的烦恼忧愁,给我们带来诸多欢乐,正如201
经过近三年的研发和技术攻关,在中国电影科学技术研究所的大力支持下,由中国电影股份有限公司牵头研发的“中国巨幕”系统于2011年12月在北京进行了首次演示,引起了行业内人
国别(地区)经济增长率GNp蒜经济增长率 玫渺工业生产失业率批发物价消费者物价与上季比较折成年率(%)亿美元美元(%)与去年同期比较(%)与上月比较(%)(%)与去年同期比较(%) 与
半个世纪前,一条人工天河——“红旗渠”奔腾在太行山巅,惊天动地,气吞山河,被世人称为“世界八大奇迹”。五十年后,河南省话剧院倾全院之力,动用了老中青几代演员,打造出了
凯江镇位于四川省中江县境北部,面 积138平方公里,城镇人口5万,农村人口10万,辖7个乡、4个街道办事处。城区内交通十分便利,有南北街道20余条,城东为党政机关驻地,西是化工
日本本间金属工业公司最近研制成功一种HTM-0.7/9.0型超大型行车式复合加工机床。该机兼具有立式车削加工中心和门式加工中心的特点,在其主轴上加装有90°的角度附件,不仅可
以两销一面定位的工件,其两销孔间距实测尺寸L_x与工艺规定尺寸L_o往往存在一个差值。即|L_x-L_o|>0,如图所示。以往的方法是按图纸规定的理想尺寸(a_o、b_o)在分度头上找正
4月21至23日,中国戏剧(戏曲)导·表演艺术体系论坛在辽宁沈阳举行。论坛由李默然、徐晓钟等老艺术家发起策划,中国戏剧家协会、中央戏剧学院、中国戏曲学院、上海戏剧学院、