《计量经济学》第三章-多元线性回归模型(1).ppt
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1、计量经济学第三章计量经济学第三章-多元线性回归模型多元线性回归模型(1)(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1.4亿辆左右亿
2、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)影响中国汽车销量的主要因素是什么?影响中国汽
3、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业的发展,还需要寻求有更多个解释变量情况的回
4、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
5、中的基本假定三、多元线性回归中的基本假定 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受到其他多种变量的影响要受到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多元线性回归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
6、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,对变量则可的,对变量则可是线性的,也可是非线性的是线性的,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性回归
7、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 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10二、多元线性回归模型的矩阵二、多元线性回归模型的矩阵表示表示 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)11 用矩阵表示用矩阵表示12总体回归函数总体回归函数 或或样本回归函数样本回
8、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)13三、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 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 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
9、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15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:16假设:向量 有一多维正态分布,即同一元回归一样,多元回归还具有如下重要假设:同一元回归一样,多元回归还具有如下重要假设:假设:样本容量趋于无穷时,各解释变量的方差趋于有界常数,即n时,假设:E(X)=0假设:17 其中:Q为一非奇异固定矩阵,矩阵x是由各解释变量的离差为元素组成的
10、nk阶矩阵 假设:回归模型的设定是正确的。假设3:nk矩阵X是非随机的,且X的秩Rank(X)=k,即X满秩。或18第二节第二节 多元线性回归模型的估计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区间估计19 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0:0:20 即即 注意到注意到21 用矩阵表
11、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 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:243.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结论:在古典假定下,多元线性回归的在古
12、典假定下,多元线性回归的OLS估计估计式是最佳线性无偏估计式(式是最佳线性无偏估计式(BLUE)即高斯)即高斯-马马尔科夫定理尔科夫定理25三、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行区间估计和假设检验进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 也也是服从正态分布的随机变量是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布的随机变量分布的随机变量26 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
13、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:28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作标准化变换,所得准化变换,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
14、作标作标准化变换,所得的准化变换,所得的t统计量服从统计量服从t分布:分布:29五、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:30第三节第三节多元线性回归模型的检验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)311.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.
15、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.32一、回归方程标准差的评价一、回归方程标准差的评价33二、多元回归的拟合优度检验二、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 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
16、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35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。如果用自由度去校正所计算的变差,可纠正解释变量个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的对比困难。增加自变量会高估可决数不同引起的对比困难。增加自变量会高估可决系数系数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
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