第三章 多元线性回归模型1精选PPT.ppt
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1、第三章第三章 多元线性回归模型多元线性回归模型1第1页,本讲稿共71页引子:中国汽车的保有量会达到中国汽车的保有量会达到1.41.4亿辆吗亿辆吗?中国经济的快速发展,使居民收入不断增加,数以百万中国经济的快速发展,使居民收入不断增加,数以百万计的中国人开始得以实现拥有汽车的梦想,中国也成为世界计的中国人开始得以实现拥有汽车的梦想,中国也成为世界上成长最快的汽车市场。上成长最快的汽车市场。中国交通部副部长在中国交通可持续发展论坛上做出预中国交通部副部长在中国交通可持续发展论坛上做出预测测:“2020年,中国的民用汽车保有量将比年,中国的民用汽车保有量将比2003年的数字年的数字增长倍,达到增长倍
2、,达到1.4亿辆左右亿辆左右”。是什么因素导致中国汽车数量的增长是什么因素导致中国汽车数量的增长?影响中国汽车行业发展的因素并不是单一的,经济增长、影响中国汽车行业发展的因素并不是单一的,经济增长、消费趋势、市场行情、业界心态、能源价格、道路发展、内消费趋势、市场行情、业界心态、能源价格、道路发展、内外环境,都会使中国汽车行业面临机遇和挑战。外环境,都会使中国汽车行业面临机遇和挑战。2第2页,本讲稿共71页分析中国汽车行业未来的趋势分析中国汽车行业未来的趋势,应具体分析这样一些问题:应具体分析这样一些问题:中国汽车市场发展的状况如何?中国汽车市场发展的状况如何?(用销售量观测)(用销售量观测)
3、影响中国汽车销量的主要因素是什么?影响中国汽车销量的主要因素是什么?(如收入、价格、费用、道路状况、能源、政策环境等)(如收入、价格、费用、道路状况、能源、政策环境等)各种因素对汽车销量影响的性质怎样?各种因素对汽车销量影响的性质怎样?(正、负)(正、负)各种因素影响汽车销量的具体数量关系是什么?各种因素影响汽车销量的具体数量关系是什么?所得到的数量结论是否可靠?所得到的数量结论是否可靠?中国汽车行业今后的发展前景怎样?应当如何制定汽车的中国汽车行业今后的发展前景怎样?应当如何制定汽车的产业政策?产业政策?很明显,只用一个解释变量已很难分析汽车产业的发展很明显,只用一个解释变量已很难分析汽车产
4、业的发展,还需要寻求有更多个解释变量情况的回归分析方法。还需要寻求有更多个解释变量情况的回归分析方法。怎样分析多种因素的影响?怎样分析多种因素的影响?3第3页,本讲稿共71页第三章 多元线性回归模型本章主要讨论本章主要讨论:多元线性回归模型及古典假定多元线性回归模型及古典假定 多元线性回归模型的估计多元线性回归模型的估计 多元线性回归模型的检验多元线性回归模型的检验 多元线性回归模型的预测多元线性回归模型的预测4第4页,本讲稿共71页第一节 多元线性回归模型及古典假定 本节基本内容本节基本内容:一、多元线性回归模型的意义一、多元线性回归模型的意义二、多元线性回归模型的矩阵表示二、多元线性回归模
5、型的矩阵表示三、多元线性回归中的基本假定三、多元线性回归中的基本假定5第5页,本讲稿共71页一、多元线性回归模型的意义现现实实经经济济现现象象错错综综复复杂杂,多多种种经经济济变变量量互互相相影影响响,每每个个变变量量都都要要受受到到其他多种变量的影响其他多种变量的影响.例如例如:有两个解释变量的电力消费模型有两个解释变量的电力消费模型 其中其中:为各地区电力消费量;为各地区电力消费量;为各地区国内生产总值(为各地区国内生产总值(GDP););为各地区电力价格变动。为各地区电力价格变动。模型中参数的意义是什么呢模型中参数的意义是什么呢?6第6页,本讲稿共71页多元线性回归模型的一般形式一般形式
6、:对于有一般形式:对于有 个解释变量的线性回归模型个解释变量的线性回归模型 模型中参数模型中参数 是偏回归系数,是偏回归系数,样本容量样本容量为为偏回归系数偏回归系数:控制其它解释量不变的条件下,第:控制其它解释量不变的条件下,第 个个解解释释变变量量的的单单位位变变动动对对应应变变量量平平均均值值的的影影响响。(在其其它它自变量保保持持不不变变的条件下,该自变量变化一个单位将引起因变量平均变化平均变化多少个单位。)7第7页,本讲稿共71页指对各个回归系数而言是指对各个回归系数而言是“线性线性”的,对变量则的,对变量则可是线性的,也可是非线性的可是线性的,也可是非线性的例如:生产函数例如:生产
7、函数取自然对数取自然对数多元线性回归多元线性回归8第8页,本讲稿共71页 的总体条件均值表示为多个解释变量的函数的总体条件均值表示为多个解释变量的函数 总体回归模型可表示为总体回归模型可表示为:多元总体回归函数多元总体回归函数9第9页,本讲稿共71页 的样本条件均值表示为多个解释变量的函数的样本条件均值表示为多个解释变量的函数或或其中其中 回归剩余(残差):回归剩余(残差):多元样本回归函数多元样本回归函数10第10页,本讲稿共71页几何意义11第11页,本讲稿共71页12第12页,本讲稿共71页二、多元线性回归模型的矩阵表示 个解释变量的多元线性回归模型的个解释变量的多元线性回归模型的 个观
8、测个观测样本,可表示为样本,可表示为(模型样本展开形式模型样本展开形式)13第13页,本讲稿共71页用矩阵表示用矩阵表示14第14页,本讲稿共71页三、多元线性回归中的基本假定 假定假定1 1:零均值假定零均值假定 或或 假定假定2 2和假定和假定3 3:同方差和无自相关假定:同方差和无自相关假定 假定假定4 4:随机扰动项与解释变量不相关:随机扰动项与解释变量不相关 15第15页,本讲稿共71页假定假定5:5:无多重共线性假定无多重共线性假定 (多元中多元中)假定各解释变量之间不存在线性关系,或各个假定各解释变量之间不存在线性关系,或各个解释变量观测值之间线性无关。或解释变量观解释变量观测值
9、之间线性无关。或解释变量观测值矩阵测值矩阵 列满秩列满秩(列列)。即即 可逆可逆假定假定6 6:正态性假定正态性假定16第16页,本讲稿共71页上述假设的上述假设的矩阵符号表示矩阵符号表示 式:式:假设1:零均值假定零均值假定假设:假设:17第17页,本讲稿共71页假设:向量 有一多维正态分布,即 假设:假设:18第18页,本讲稿共71页第二节 多元线性回归模型的估计 本节基本内容本节基本内容:普通最小二乘法(普通最小二乘法(OLSOLS)OLS OLS估计式的性质估计式的性质 OLS OLS估计的分布性质估计的分布性质 随机扰动项方差随机扰动项方差 的估计的估计 回归系数的区间估计回归系数的
10、区间估计 19第19页,本讲稿共71页 一、普通最小二乘法(OLS)最小二乘原则最小二乘原则 剩余平方和最小:剩余平方和最小:求偏导求偏导,令其为令其为0:0:20第20页,本讲稿共71页 即即 注意到注意到21第21页,本讲稿共71页用矩阵表示用矩阵表示因为样本回归函数为因为样本回归函数为 两边乘两边乘 有:有:因为因为 ,则正规方程为:,则正规方程为:22第22页,本讲稿共71页 由正规方程由正规方程 多元回归中多元回归中 二元回归中二元回归中 注意:注意:和和 为为 的离差的离差OLS估计式估计式23第23页,本讲稿共71页二、OLS估计式的性质 OLS估计式 1.1.线性特征线性特征:
11、是是 的线性函数,因的线性函数,因 是非随机是非随机 或取固定值的矩阵或取固定值的矩阵 2.2.无偏特性无偏特性:24第24页,本讲稿共71页3.最小方差特性最小方差特性 在在 所有的线性无偏估计中,所有的线性无偏估计中,OLS估计估计 具有具有最小方差最小方差 结论:在古典假定下,多元线性回归的结论:在古典假定下,多元线性回归的 OLS估计式是估计式是最佳线性无偏估计式(最佳线性无偏估计式(BLUE)即高斯)即高斯-马尔科夫定马尔科夫定理理25第25页,本讲稿共71页三、OLS估计的分布性质基本思想基本思想 是是随随机机变变量量,必必须须确确定定其其分分布布性性质质才才可可能能进进行区间估计
12、和假设检验行区间估计和假设检验 是是服服从从正正态态分分布布的的随随机机变变量量,决决定定了了 也也是是服从正态分布的随机变量服从正态分布的随机变量 是是 的的线线性性函函数数,决决定定了了 也也是是服服从从正正态态分分布的随机变量布的随机变量26第26页,本讲稿共71页的期望的期望 (由无偏性由无偏性)的方差和标准误差:的方差和标准误差:可以证明可以证明 的方差的方差-协方差矩阵为协方差矩阵为 这里这里是是矩阵矩阵中第中第 行第行第 列的元素列的元素27第27页,本讲稿共71页四、随机扰动项方差 的估计多元回归中多元回归中 的无偏估计为:的无偏估计为:或表示为或表示为 将将 作标准化变换:作
13、标准化变换:28第28页,本讲稿共71页因因 是未知的,可用是未知的,可用 代替代替 去估计参数去估计参数 的标的标准误差准误差:当为大样本时,用估计的参数标准误差对当为大样本时,用估计的参数标准误差对 作标准化变作标准化变换,所得换,所得Z统计量仍可视为服从正态分布统计量仍可视为服从正态分布当为小样本时,用估计的参数标准误差对当为小样本时,用估计的参数标准误差对 作标准化变作标准化变换,所得的换,所得的t统计量服从统计量服从t分布:分布:29第29页,本讲稿共71页五、回归系数的区间估计由于由于给定给定 ,查,查t分布表的自由度为分布表的自由度为 的临界值的临界值或或:或表示为或表示为:30
14、第30页,本讲稿共71页第三节多元线性回归模型的检验本节基本内容本节基本内容:多元回归的拟合优度检验多元回归的拟合优度检验 回归方程的显著性检验(回归方程的显著性检验(F F检验)检验)各回归系数的显著性检验(各回归系数的显著性检验(t t检验)检验)31第31页,本讲稿共71页1.理论检验,即经济意义检验,就是根据经济理论来判断估计参数的正负号是否合理,大小是否适当.2.统计准则检验.就是根据统计学原理的理论与方法.确定参数估计值的统计可靠性.3.计量经济学检验.32第32页,本讲稿共71页一、回归方程标准差的评价33第33页,本讲稿共71页二、多元回归的拟合优度检验多重可决系数:在多元回归
15、模型中,由各个解释变量联合多重可决系数:在多元回归模型中,由各个解释变量联合解释了的解释了的 的变差,在的变差,在 的总变差中占的比重,用的总变差中占的比重,用 表表示示与简单线性回归中可决系数与简单线性回归中可决系数 的区别只是的区别只是 不同,多元不同,多元回归中回归中多重可决系数也可表示为多重可决系数也可表示为 34第34页,本讲稿共71页 如如果果模模型型中中增增加加一一个个解解释释变变量量,可可决决系系数数往往往往是是增增大大的的。主主要要是是因因为为残残差差平平方方和和会会随随着着解解释释变变量量个个数数的的增增加加而而减减少少,至至少少不不会会增增加加。所所以以就就会会给给人人一
16、一种种错错觉觉:要使模型拟合的好,只要增加解释变量即可。要使模型拟合的好,只要增加解释变量即可。然然而而现现实实中中,增增加加解解释释变变量量的的个个数数引引起起的的可可决决系系数数的的增增大与模型拟合的好坏是无关的。大与模型拟合的好坏是无关的。所所以以,在在多多元元回回归归模模型型之之间间比比较较拟拟合合优优度度,可可决决系系数就不是一个合适的指标。数就不是一个合适的指标。可决系数的特点可决系数的特点35第35页,本讲稿共71页思想思想可决系数只涉及变差,没有考虑自由度。如果用自由可决系数只涉及变差,没有考虑自由度。如果用自由度去校正所计算的变差,可纠正解释变量个数不同引度去校正所计算的变差
17、,可纠正解释变量个数不同引起的对比困难。起的对比困难。自由度自由度统计量的自由度指可自由变化的样本观测值个数,统计量的自由度指可自由变化的样本观测值个数,它等于所用样本观测值的个数减去对观测值的约束它等于所用样本观测值的个数减去对观测值的约束个数。个数。修正的可决系数修正的可决系数36第36页,本讲稿共71页可决系数的修正方法总变差自由度为n-1解释了的变差自由度为k-1剩余平方和自由度为n-k修正的可决系数修正的可决系数为为37第37页,本讲稿共71页特点特点可决系数可决系数 必定非负,但修正的可决系数必定非负,但修正的可决系数 可能为负值,这时规定可能为负值,这时规定 修正的可决系数修正的
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