高级计量经济学 广义回归模型.ppt
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1、第三讲 广义回归模型,基本内容,一、回归模型的解释二、多重共线性三、广义最小二乘估计四、异方差性五、自相关性,回归模型的解释,对模型 Yt=0+1Xt1+kXtk+t如何解释j为“当其他变量保持不变,Xj变化一个单位时Y的平均变化”?,本质上:j=E(Y|X)/Xj即测度的是“边际效应”(marginal effect),1、边际效应,因此,当一个工资模型为 Y=0+1age+2age2+3education+4gender+时,只能测度“年龄”变化的边际效应:,E(Y|X)/age=1+22age,解释:“当其他变量不变时,年龄变动1个单位时工资的平均变化量”,2、弹性:经济学中时常关心对弹
2、性的测度。这时模型常写为:lnYt=0+1lnXt1+klnXtk+t,在E(t|lnXt1,lnXt2,lnXtk)=0的假设下,弹性为,E(Y|X)/E(Y|X)/Xj/XjE(lnY|lnXj)/lnXj=j,即弹性并非常数,而是随着Xj的变化而变化。,当原始模型为 Yt=0+1Xt1+kXtk+t时,弹性为:E(Y|X)/E(Y|X)/Xj/Xj=jXj/(0+1X1+kXk),3、相对变化,如果模型为 lnYt=0+1Xt1+kXtk+t则:j=E(lnY|X)/Xj,解释为:Xj变化1个单位时Y的相对变化量。,多重共线性(multicollinearity),2.估计量的方差,在离
3、差形式的二元线性样本回归模型中:yt=b1xt1+b2xt2+et,一般地,在多元回归中,记 Y=X11+X22+,特别地,假设X2=(X1k,Xnk),即为X中的最后一列,由于曾经得到 b2=2+(X2M1X2)-1X2M1因此 Var(b2)=(X2M1X2)-1X2M1E()M1X2(X2M1X2)-1=2(X2M1X2)-1,这里,X2M1X2恰为如下辅助回归的残差平方和SSR X2=X1B+v,于是:Var(b2)=2/SSR,表明:第k个解释变量参数估计量的方差,由 模型随机扰动项的方差2 第k个解释变量的样本方差SXk2 第k个解释变量与其他解释变量的相关程度Rk2 样本容量n四
4、个方面的因素共同决定。,四个因素共同影响着bj方差的大小。Rj2为Xj关于其他解释变量这一辅助回归的决定系数1/(1-Rj2)称为方差膨胀因子(variance inflation factor),3.多重共线性的经济解释,(1)经济变量在时间上有共同变化的趋势。如在经济上升时期,收入、消费、就业率等都增长,当经济收缩期,收入、消费、就业率等又都下降。当这些变量同时进入模型后就会带来多重共线性问题。(2)解释变量与其滞后变量同作解释变量。,估计量不准确,j的样本估计值可能会远离真值置信区间大,关于j的不同的假设都可能被接受,bj可能不会显著地异于“任何”假设t检验值变小,可能将重要的变量排除在
5、模型之外使区间预测的“区间”变大,使预测失去意义。,4.由多重共线性引起的大方差将导致:,注意:,除非是完全共线性,多重共线性并不意味着任何基本假设的违背;因此,OLS估计量仍是最佳线性无偏估计量(BLUE)。问题在于,即使OLS法仍是最好的估计方法,它却不是“完美的”,尤其是在统计推断上无法给出真正有用的信息。,5.何时需要多重共线性?,多重共线性可能使单个的j不准确,却可使若干参数的组合更准确。假设总体回归方程为:E(Y)=0+1X1+2X2,记=1+2,则其样本估计量为 t=b1+b2于是:Var(t)=Var(b1)+Var(b2)+2Cov(b1,b2),在离差形式下,记,特别地,取
6、,于是,因此 Var(b1)=Var(b2)=2/(1-r2)Cov(b1,b2)=-2r/(1-r2)Var(t)=22/(1-r2)-2r/(1-r2)=22(1-r)/(1-r2)=22/(1+r),如果r=0,无共线性:Var(b1)=Var(b2)=2 Var(t)=22,可见,较强的共线性使得1、2的估计量的方差较大,从而对它们各自的估计变得不准确;但却使1、2的组合1+2的估计量的方差变小,因此使该组合的估计变得更准确。,如果r=0.9,有强共线性:Var(b1)=Var(b2)=2/(1-0.92)=2/0.19=5.32 Var(t)=22/(1+0.9)=22/1.9=1.
7、052,7.5逐步回归法(1)用被解释变量对每一个所考虑的解释变量做简单回归。(2)以对被解释变量贡献最大的解释变量所对应的回归方程为基础,以对被解释变量贡献大小为顺序逐个引入其余的解释变量。这个过程会出现3种情形。若新变量的引入改进了R2,且回归参数的t检验在统计上也是显著的,则该变量在模型中予以保留。若新变量的引入未能改进R2,且对其他回归参数估计值的t检验也未带来什么影响,则认为该变量是多余的,应该舍弃。若新变量的引入未能改进R2,且显著地影响了其他回归参数估计值的符号与数值,同时本身的回归参数也通不过t检验,这说明出现了严重的多重共线性。舍弃该变量。,广义最小二乘估计Generaliz
8、ed Least Squares Estimation,一、广义经典回归模型 Generalized Classical Regression Model,对经典回归模型,将同方差和非自相关改为如下假设:,Assumption 6:|XN(0,2V),where 0 2 is unknown and V=V(X)is a known nn finite and positive definite matrix:E(t|X)=0 Var(t|X)=2vtt(X)Cov(t,j|X)=2vtj(X),注意:,(1)假设6意味着 Var(|X)=E(|X)=2V=2V(X)(2)假设6允许存在条件异
9、方差(conditional heteroskedasticity)(3)允许V可以是非对角阵,即cov(t,j|X)可以不为零,上述假设下的回归模型称为广义经典回归模型(Generalized Classical Regression Model,GCRM),二、最小二乘估计 Least Squares Estimation,对多元线性回归模型:Y=X+仍可记其OLS估计为:b=(XX)-1XY这时,残差项为:e=MXY=MX 显然:E(b|X)=(XX)-1XX+E(|X)=Var(b|X)=(XX)-1XVar(Y|X)(XX)-1X=(XX)-1XVar(|X)(XX)-1X=2(XX
10、)-1XV(XX)-1X,OLS估计b仍无偏,但其方差矩阵不再是一标量2与矩阵(XX)-1的乘积(Var(b)2(XX)-1)。,另外 E(ee|X)=Etr(ee)|X=Etr(MX)|X=Etr(MX)|X=trE(MX)|X)=trMXE(|X)=2tr(MXV),这时,如果仍用 s2=ee/(n-k-1)估计2,则 E(s2)=E(ee)/(n-k-1)=2tr(MXV)/(n-k-1)2,显然,该期望不等于真值 Var(b)=2(XX)-1XV(XX)-1X=2(XX)-1(XVX)(XX)-1,由于 MXV=(I-PX)V=V X(XX)-1XV而 trX(XX)-1XV=tr(X
11、X)-1XVX于是 tr(MXV)=tr(V)tr(XX)-1XVX,注意:MXV的迹可如下方便地计算:,表明:传统的b的方差的OLS估计是有偏的,传统的标准差也不再是对估计精确程度的正确测度,从而传统的置信区间以及假设检验都已不再适用。,如何解决问题?1.以传统的b为的估计量,但需寻找b的正确的方差矩阵;2.直接寻找的更好的估计量。,注意:,在CR模型Y=X+满足基本假设1、3、6条件下,其OLS估计b具有:无偏性:E(b|X)=方差:Var(b)=2(XX)-1XVX(XX)-1 2(XX)-1但在 plim(XX/n),plim(XVX/n)Q的条件下,Var(b)0 表明b依均方收敛于
12、,因此仍是一致估计量 b-|XN(0,2(XX)-1XVX(XX)-1)Cov(b,e|X)=0,三、广义最小二乘估计 Generalized Least Squares(GLS)estimation,引理:对任何对称正定矩阵V,总有非奇异矩阵C,使得 V-1=CC,Theorem:对GCR模型,在假设1、3、6下,的广义最小二乘(GLS)估计为 b*=(XV-1X)-1XV-1Y,proof:对原模型 Y=X+由于V已知,总可以找到可逆矩阵C,使V-1=CC以C为权矩阵,左乘原模型得 CY=CX+C,记为:Y*=X*+*(*)其中,Y*=CY,X*=CX,*=C,由于 E(*|X)=E(C|
13、X)=CE(|X)=0 Var(*|X)=Var(C|X)=CVar(|X)C=2CVC=2C(CC)-1C=2I因此,(*)式满足CR模型的基本假设,其OLS估计为 b*=(X*X*)-1X*Y*=(XCCX)-1XCCY=(XV-1X)-1XV-1Y,b*称为的广义最小二乘估计(Generalized Least Square(GLS)estimator),由于b*满足所有CR模型的基本假设,因此有:,注意:(1)t检验与F检验以GLS估计量b*为基础;如对 H0:R=r,F检验为 F=(r-Rb*)R(X*X*)-1R-1(r-Rb*)/(Js*2)(2)由于GLS估计b*是BLUE,故
14、OLS估计b不是BLUE(3)实践中,V往往并不已知,从而权矩阵C未知,因此GLS实际实施有困难。,E(b*|X)=Var(b*|X)=2(X*X*)-1=2(XV-1X)-1 Cov(b*,e*|X)=0,where e*=Y*-X*b*the GLS b*is BLUE E(s*2|X)=2,where s*2=e*e*/(n-k-1),提示:由于存在可逆阵C,使CC=V-1,令W=C,则WW=V-1,可以证明:Var(b)Var(b*)或 2(XX)-1(XVX)(XX)-1 2XV-1X-1,只需证明:Var(b*)-1 Var(b)-1 或 XV-1X XX(XVX)-1XX 半正定
15、,于是 XV-1X XX(XVX)-1XX=XWW-XX(WW)-1X-1XX=XWW-WW-1X(W-1X)W-1X-1X(W)-1WX=XWI-W-1X(W-1X)W-1X-1(W-1X)WX,四、可行的广义最小二乘法(Feasible GLS),注意:(1)这里bF*的有限样本分布不同于b*的有限样本分布,因为后者以V已知为前提。,为了看清这一点,回顾以前所学内容:,在CNR模型中:t=(bj-j)/sbj 与 z=(bj-j)/bj有着相同的渐近分布,即N(0,1)。,Replacing an unknown parameter by a consistent estimator ma
16、y make the statistic feasible to calculate without affecting the asymptotic distribution.,为了得到可用于FGLS的V的一致估计,仍可使用Y对X的OLS回归的残差项e,因为V=Var(),其中=Y-X,且e=Y-Xb。但,如何使用该残差项,V的估计的质量能否保证FGLS与GLS具有相同的渐近分布,还取决于V的结构。,通常情况下,V含有n(n+1)/2个未知数,在只有n 个样本的情况下,对其估计几乎是不可能的,只有在V的某些特殊结构下,才能对其进行估计。,注意:在第一种解决方案中,即“以传统的b为的估计量,寻
17、找b的正确的方差矩阵”这一方案中。关键是寻找Var(b|X)的一致估计量。但这时传统的t检验与F检验是不能使用的,因为它们以Var(b|X)的正确设定为基础。然而,如果寻找到了Var(b|X)的一致估计量,则可通过它得到修正的t检验与F检验。当然,这里使用的只能是渐近分布(大样本下为t与F分布)。,异方差性(Heteroskedasticity),一、异方差的基本概念二、异方差性的影响三、异方差的检验四、异方差性的解决方法五、异方差回归模型的两个常见应用六、自回归条件异方差,一、异方差的基本概念,异方差与自相关是广义经典回归(GCR)模型的两种特殊情况。,Y=X+其中:E(|X)=0,若 Va
18、r(|X)=E(|X)=V=diag12,n2,则称出现异方差。,产生异方差性的原因在计量经济研究中,异方差性的产生原因主要有1模型中遗漏了某些解释变量2模型函数形式的设定误差3样本数据的测量误差4随机因素的影响,二、异方差性的影响,1.对模型参数估计值无偏性的影响,由此可见,随机误差项存在异方差性,并不影响模型参数最小二乘估计值的无偏性。,2.对模型参数估计值有效性的影响,由此可见,当线性回归模型的随机误差项存在异方差时,参数的最小二乘估计量不是一个有效的估计量。3.对模型参数估计值显著性检验的影响,4.对模型估计式应用的影响,三、异方差性检验,1.图示法2.统计检验法 Goldfeld-Q
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