第三章多元线性回归模型PPT讲稿.ppt
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1、第三章多元线性回归模型第三章多元线性回归模型第1页,共67页,编辑于2022年,星期二1引子引子:中国汽车的保有量会达到1.4亿辆吗?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,达到1.4
2、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。第2页,共67页,编辑于2022年,星期二2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
3、量观测)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
4、析汽车产业的发展,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?第3页,共67页,编辑于2022年,星期二3第三章第三章 多元线性回归模型多元线性回归模型 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第4页,共67页,编辑于2022年,星期二4 第一节第一节 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 本节基本内容本节基本
5、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 第5页,共67页,编辑于2022年,星期二5一、多元线性回归模型的意义一、多元线性回归模型的意义例如例如: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?第6页,共67页,编辑于2022年,星期二6多元线性回归
6、模型的一般形式多元线性回归模型的一般形式一般形式: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 个解释变量的单位变动对应变量平均值的影响。个解释变量的单位变动对应变量平均值的影响。第7页,共67页,编辑于2022年,星期二7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:生产函数取自然对数取自然对数多元线性回归多元线
7、性回归第8页,共67页,编辑于2022年,星期二8 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 总体回归函数也可表示为总体回归函数也可表示为:多元总体回归函数多元总体回归函数第9页,共67页,编辑于2022年,星期二9 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第10页,共67页,编辑于2022年,星期二10二、多元线性回归模型的矩阵表二、多元线性回归模型的矩阵表示示 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 个观测个观测样本
8、,可表示为样本,可表示为 第11页,共67页,编辑于2022年,星期二11 用矩阵表示用矩阵表示第12页,共67页,编辑于2022年,星期二12总体回归函数总体回归函数 或或样本回归函数样本回归函数 或或 其中:其中:都是有都是有 个元素的列向量个元素的列向量 是有是有 个元素的列向量个元素的列向量 是第一列为是第一列为1 1的的 阶解释变量阶解释变量 数据矩阵数据矩阵(截距项可视为解释变量截距项可视为解释变量 取值为取值为1)1)第13页,共67页,编辑于2022年,星期二13三、多元线性回归中的基本假三、多元线性回归中的基本假定定 假定假定1 1:零均值假定零均值假定 或或 假定假定2 2
9、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 第14页,共67页,编辑于2022年,星期二14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第15页,共67页,编辑于2022年,星期二15 第二节第二节 多元线性回归模型的估计多元线性回归模
10、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)OLSOLS估计式的性质估计式的性质 OLSOLS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区间估计第16页,共67页,编辑于2022年,星期二16 一、普通最小二乘法一、普通最小二乘法(OLSOLS)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:第17页,共67页,编辑于2022年,星期二17 即即 注意到注意到第18页,共67页,编辑于2022年,星期二18 用矩阵表示用矩阵表示因为样本回归函数为因为样本
11、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:第19页,共67页,编辑于2022年,星期二19 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估计式估计式第20页,共67页,编辑于2022年,星期二20二、二、OLS估计式的性质估计式的性质 OLS估计式 1.1.线性特征线性特征: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:第21页,共67页,编辑于2022年,星期二213.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
12、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结论:在古典假定下,多元线性回归的在古典假定下,多元线性回归的OLS估计式估计式是最佳线性无偏估计式(是最佳线性无偏估计式(BLUE)第22页,共67页,编辑于2022年,星期二22三、三、OLS估计的分布性质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行区间估计和假设检验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 也也是是服服从从正态分布的随机变量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
13、分布布的的随机变量随机变量第23页,共67页,编辑于2022年,星期二23 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 列的元素列的元素第24页,共67页,编辑于2022年,星期二24 四、随机扰动项方差四、随机扰动项方差 的估计的估计 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:作标准化变换:第25页,共67页,编辑于2022年,星期二25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
14、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作标准化变换,所得的化变换,所得的t统计量服从统计量服从t分布:分布:第26页,共67页,编辑于2022年,星期二26五、回归系数的区间估计五、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:第27页,共67页,编辑于2022年,星期二27 第三节第三节多元线性回归模型的检验多元线性回归模
15、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)第28页,共67页,编辑于2022年,星期二28一、多元回归的拟合优度检验一、多元回归的拟合优度检验多重可决系数多重可决系数:在多元回归模型中,由各个解释变量联合: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
16、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 第29页,共67页,编辑于2022年,星期二29 特点特点:多重可决系数是模型中解释变量个数的多重可决系数是模型中解释变量个数的不减函数不减函数,这给对比不同模型的多重可决系数带来缺陷,所以这给对比不同模型的多重可决系数带来缺陷,所以需要修正。需要修正。多重可决系数的矩阵表示多重可决系数的矩阵表示第30页,共67页,编辑于2022年,星期二30思想思想可决系数只涉及变差,没有考虑可决系数只涉及变差,没有考虑自由度自由度。如果用自由度。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起去校正所计算的变差,可纠正解释变量个数不同引起的对比
17、困难。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,它等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个数。于所用样本观测值的个数减去对观测值的约束个数。修正的可决系数修正的可决系数第31页,共67页,编辑于2022年,星期二31可决系数的修正方法可决系数的修正方法 总变差总变差 自由度为 解释了的变差解释了的变差 自由度为 剩余平方和剩余平方和 自由度为 修正的可决系数修正的可决系数为为 第32页,共67页,编辑于2022年,星期二32 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
18、,这时规定可能为负值,这时规定 修正的可决系数修正的可决系数与可决系数与可决系数的关系:的关系:第33页,共67页,编辑于2022年,星期二33二、回归方程显著性检验(二、回归方程显著性检验(F F检验检验)基本思想基本思想在多元回归中有多个解释变量,需要说明所有解在多元回归中有多个解释变量,需要说明所有解释变量联合起来对应变量影响的总显著性释变量联合起来对应变量影响的总显著性,或整个或整个方程总的联合显著性。对方程总显著性检验需要方程总的联合显著性。对方程总显著性检验需要在方差分析的基础上进行在方差分析的基础上进行F检验。检验。第34页,共67页,编辑于2022年,星期二34总变差总变差 自
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