协方差有哪些定义和意义

协方差通俗理解是描述两个变量之间的变动关系。

协方差具体定义：

在概率论和统计学中，协方差用于衡量两个变量的总体误差。而方差是协方差的一种特殊情况，即当两个变量是相同的情况。期望值分别为E(X)=μ与E(Y)=ν的两个实数随机变量X与Y之间的协方差定义为：COV(X，Y)=E[(X-E(X))(Y-E(Y))]。

其中，E是期望值。它也可以表示为：直观上来看，协方差表示的是两个变量总体误差的方差，这与只表示一个变量误差的方差不同。如果两个变量的变化趋势一致，也就是说如果其中一个大于自身的期望值，另外一个也大于自身的期望值，那么两个变量之间的协方差就是正值。

如果两个变量的变化趋势相反，即其中一个大于自身的期望值，另外一个却小于自身的期望值，那么两个变量之间的协方差就是负值。

协方差属性：

两个不同参数之间的方差就是协方差若两个随机变量X和Y相互独立，则E[(X-E(X))(Y-E(Y))]=0，因而若上述数学期望不为零，则X和Y必不是相互独立的，亦即它们之间存在着一定的关系。

协方差特征值和特征向量：

一、特征：

协方差矩阵表示了样本集中在原n维空间中各个方向上的能量分布，通过对协方差矩阵求特征向量，实际上找到的是在原n维空间中的一些特定的方向，样本集的能量集中分布在这些方向上，而特征值的大小就反映了样本集中在该方向上的能量大小。

二、对于协方差矩阵计算特征向量的一个性质：

假设有样本集Xi(i=1,m)，每个样本Xi的维度为n,Xi的均值为0向量，则协方差矩阵C=X*X'，其中X=(X1,X2,Xn)，计算C的特征向量。

三、计算特征向量的两种方法：

1、直接计算C的特征向量。

2、先计算（X）*X的特征向量v1，然后C的特征向量v=x*v1。当样本的个数m大于样本的维数n时，选用方法第二种所得到的矩阵维数较小，因此使用第二种计算量较小；当样本的个数m小于样本的维数n时，选用第一种所得到的矩阵维数小，因此使用第一种计算量小。

协方差分析的意义

当研究者知道有些协变量会影响因变量，却不能够控制和不感兴趣时（当研究学习时间对学习绩效的影响，学生原来的学习基础、智力学习兴趣就是协变量），可以在实验处理前予以观测，然后在统计时运用协方差分析来处理。

将协变量对因变量的影响从自变量中分离出去，可以进一步提高实验精确度和统计检验灵敏度。

方差是用来度量单个变量“自身变异”大小的总体参数，方差越大，该变量的变异越大；

协方差是用来度量两个变量之间“协同变异”大小的总体参数，即二个变量相互影响大小的参数，协方差的绝对值越大，两个变量相互影响越大。

对于仅涉及单个变量的试验资料，由于其总变异仅为“自身变异”（如单因素完全随机设计试验资料，“自身变异”是指由处理和随机误差所引起的变异），因而可以用方差分析法进行分析；

对于涉及两个变量的试验资料，由于每个变量的总变异既包含了“自身变异”又包含了“协同变异”（是指由另一个变量所引起的变异），须采用协方差分析法来进行分析，才能得到正确结论。

协方差的实际意义

协方差（Covariance）是概率论和统计学中非常重要的概念，它用于衡量两个随机变量之间的线性相关程度。协方差的实际意义如下：

协方差的符号表示两个变量的相关方向。当协方差为正数时，表示两个变量是正相关的，即当一个变量增加时，另一个变量也增加；当协方差为负数时，表示两个变量是负相关的，即当一个变量增加时，另一个变量减少。

协方差的绝对值大小表示两个变量相关程度的强度。当协方差的绝对值越大时，表示两个变量的相关程度越强。

协方差的单位是两个变量的单位的乘积，因此很难用具体的数值来直接解释协方差的实际意义。但是，我们可以通过计算协方差的相对大小，来比较两个变量之间的相关程度。

协方差在金融和投资领域中被广泛使用，用于衡量不同资产之间的相关性。协方差可以帮助投资者理解不同资产之间的风险和收益之间的关系，以便在投资组合中进行最优的资产分配。

协方差还可以用于计算其他重要的概念，如相关系数和回归分析中的斜率等。