联立方程估计与模拟s.pptx
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1、112.112.1联立方程系统概述联立方程系统概述联立方程系统概述联立方程系统概述 本本章章将将包包含含一一组组未未知知参参数数,并并且且变变量量之之间间存存在在着着反反馈馈关关系系的的联联立立方方程程组组称称为为“系系系系统统统统”(systemssystems),可可以以利利用用12.2节节介介绍绍的的多多种种估估计计方方法法求求解解未未知知参参数数。本本章章的的12.3节节中中将将一一组组描描述述内内生生变变量量的的已已知知方方程程组组称称为为“模模模模型型型型”(modelmodel),给给定定了了联联立立方方程程模模型型中中外外生生变变量量的的信信息息就就可可以以使使用用联联立立方方
2、程程模模型型对对内内生生变变量量进进行行模模拟拟、评评价价和和预预测。测。一般的联立方程系统形式是一般的联立方程系统形式是t=1,2,T(12.1.1)其其中中:yt 是是内内生生变变量量向向量量,zt 是是外外生生变变量量向向量量,ut 是是一一个个可可能能存存在在序序列列相相关关的的扰扰动动项向量,项向量,T 表示样本容量。估计的任务是寻找未知参数向量表示样本容量。估计的任务是寻找未知参数向量 的估计量。的估计量。第1页/共88页2例例例例12.112.1克莱因联立方程系统克莱因联立方程系统克莱因联立方程系统克莱因联立方程系统 克莱因(克莱因(LawrenceRobertKlein)于)于
3、1950年建立的、旨在分析美国年建立的、旨在分析美国在两次世界大战之间的经济发展的小型宏观计量经济模型。模型规模虽小,在两次世界大战之间的经济发展的小型宏观计量经济模型。模型规模虽小,但在宏观计量经济模型的发展史上占有重要的地位。以后的美国宏观计量经但在宏观计量经济模型的发展史上占有重要的地位。以后的美国宏观计量经济模型大都是在此模型的基础上扩充、改进和发展起来的。以至于萨缪尔森济模型大都是在此模型的基础上扩充、改进和发展起来的。以至于萨缪尔森认为,认为,“美国的许多模型,剥到当中,发现都有一个小的美国的许多模型,剥到当中,发现都有一个小的Klein模型模型”。所以,。所以,对该模型对该模型的
4、了解与分析对于了解西方宏观计量经济模型是重要的。的了解与分析对于了解西方宏观计量经济模型是重要的。Klein模型是以美国两次世界大战之间的模型是以美国两次世界大战之间的1920-1941年的年度数据为样年的年度数据为样本建立的。本建立的。第2页/共88页3 KleinKlein模型:模型:模型:模型:(消费)(消费)(投资)(投资)(私人工资)(私人工资)(均衡需求)(均衡需求)(企业利润)(企业利润)(资本存量)(资本存量)(12.1.2)此模型包含此模型包含3个行为方程,个行为方程,1个定义方程,个定义方程,2个会计方程。式中变量:个会计方程。式中变量:6 6个内生变量:个内生变量:个内生
5、变量:个内生变量:4 4个外生变量:个外生变量:个外生变量:个外生变量:Y:收入(:收入(GDP中除去净出口);中除去净出口);G:政府非工资支出;:政府非工资支出;CS:消费;:消费;Wg:政府工资;:政府工资;I:私人国内总投资;:私人国内总投资;T:间接税:间接税收;收;Wp:私人工资;:私人工资;Time:时间趋势;时间趋势;P:企业利润;:企业利润;K:资本存量:资本存量第3页/共88页4消消费费CS收收入入Y私人工资私人工资 WP企业利润企业利润P投资投资I资本存量资本存量K政府支出政府支出G政府工资政府工资WG间接税收间接税收TKleinKlein模型框图模型框图模型框图模型框图
6、注:方框内是行为方程内生变量,椭圆内是恒等方程内生变量,注:方框内是行为方程内生变量,椭圆内是恒等方程内生变量,粗体是外生变量。粗体是外生变量。第4页/共88页5 前前3个方程称为个方程称为行为方程行为方程行为方程行为方程,后面的,后面的3个方程称为个方程称为恒等方程恒等方程恒等方程恒等方程。这是一个简单描。这是一个简单描述宏观经济的联立方程模型。式(述宏观经济的联立方程模型。式(12.1.2)中的前)中的前3个行为方程构成联立方程系个行为方程构成联立方程系统:统:t=1,2,T(12.1.3)待估计出未知参数后,与式(待估计出未知参数后,与式(12.1.2)中的后)中的后3个恒等方程一起组成
7、联立方个恒等方程一起组成联立方程模型。程模型。第5页/共88页6在在联联立立方方程程模模型型中中,对对于于其其中中每每个个方方程程,其其变变量量仍仍然然有有被被解解释释变变量量与与解解释释变变量量之之分分。但但是是对对于于模模型型系系统统而而言言,已已经经不不能能用用被被解解释释变变量量与与解解释释变变量量来来划划分分变变量量。对对于于同同一一个个变变量量,在在这这个个方方程程中中作作为为被被解解释释变变量量,在在另另一一个个方方程程中中则则可可能能作作为为解解释释变变量量。对对于于联联立立方方程程系系统统而而言言,将将变变量量分分为为内内内内生生生生变变变变量量量量和和外外外外生生生生变变变
8、变量量量量两两大大类类,外外生生变变量量与与滞滞后后内内生生变变量量又又被被统统称称为为前定变量前定变量前定变量前定变量。第6页/共88页712.212.2联立方程系统的估计方法联立方程系统的估计方法联立方程系统的估计方法联立方程系统的估计方法 EViews提提供供了了估估计计系系统统参参数数的的两两类类方方法法。一一类类方方法法是是单单单单方方方方程程程程估估估估计计计计方方方方法法法法,使使用用前前面面讲讲过过的的单单方方程程法法对对系系统统中中的的每每个个方方程程分分别别进进行行估估计计。第第二二类类方方法法是是系系系系统统统统估估估估计计计计方方方方法法法法,同同时时估估计计系系统统方
9、方程程中中的的所所有有参参数数,这这种种同同步步方方法法允允许许对对相相关关方方程程的的系系数数进进行行约束并且使用能解决不同方程残差相关的方法。约束并且使用能解决不同方程残差相关的方法。虽虽然然利利用用系系统统方方法法估估计计参参数数具具有有很很多多优优点点,但但是是这这种种方方法法也也要要付付出出相相应应的的代代价价。最最重重要要的的是是在在系系统统中中如如果果错错误误指指定定了了系系统统中中的的某某个个方方程程,使使用用单单方方程程估估计计方方法法估估计计参参数数时时,如如果果某某个个被被估估计计方方程程的的参参数数估估计计值值很很差差,只只影影响响这这个个方方程程;但但如如果果使使用用
10、系系统统估估计计方方法法,这这个个错错误误指指定定的的方方程程中中较较差差的的参参数数估估计计就就会会“传传播播”给给系系统统中中的的其它方程。其它方程。第7页/共88页8建立和说明联立方程系统建立和说明联立方程系统建立和说明联立方程系统建立和说明联立方程系统 为为了了估估计计联联立立方方程程系系统统参参数数,首首先先应应建建立立一一个个系系统统对对象象并并说说明明方方程程系系统统。单单击击Object/NewObject/system或或者者在在命命令令窗窗口口输输入入system,系系统统对对象象窗窗口口就就会会出出现现,如如果果是是第第一一次次建建立立系系统统,窗窗口口是是空空白白的的,
11、在在指指定定窗窗口口用用文文本本方方式式输输入方程,当然也包含了工具变量和参数初值。入方程,当然也包含了工具变量和参数初值。使使用用标标准准的的EViews表表达达式式用用公公式式形形式式输输入入方方程程,系系系系统统统统中中中中的的的的方方方方程程程程应应应应该该该该是是是是带带带带有有有有未未未未知知知知参参参参数数数数和和和和隐隐隐隐含含含含误误误误差差差差项项项项的的的的行行行行为为为为方方方方程程程程。例例12.1含含有有三三个个行行为为方方程程的的系系统统是是这这样样的:的:第8页/共88页9 这这里里使使用用了了EViews缺缺省省系系数数如如c(10)、c(20)等等等等,当当
12、然然可可以以使使用用其其它它系系数数向向量量,但但应应事事先先声声明明,方方法法是是单单击击主主菜菜单单上上Object/NewObject/Martrix-Vector-Coef/CoeffientVector。在说明方程时有一些规则:在说明方程时有一些规则:第9页/共88页10规则规则规则规则1 1 1 1 方方程程组组中中,变变量量和和系系数数可可以以是是非非线线性性的的。可可以以通通过过在在不不同同方方程程组组中中使用相同的系数对系数进行约束。使用相同的系数对系数进行约束。规则规则规则规则2 2 系系统统方方程程可可以以包包含含自自回回归归误误差差项项(注注意意不不能能有有MA、SAR
13、或或SMA误误差差项项),每每一一个个AR项项必必须须伴伴随随系系数数说说明明(用用方方括括号号,等等号号,系系数数,逗逗号号),例如:例如:cs=c(1)+c(2)*gdp+ar(1)=c(3),ar(2)=c(4)规则规则规则规则3 3如果方程没有未知参数,则该方程就是恒等式,即定义方程,系统如果方程没有未知参数,则该方程就是恒等式,即定义方程,系统中不应该含有这样的方程。中不应该含有这样的方程。规则规则规则规则4 4 方程中的等号可以出现在方程的任意位置。方程中的等号可以出现在方程的任意位置。规则规则规则规则5 5 应该确信系统中所有扰动项之间没有衡等的联系,即应该避免联立方程应该确信系
14、统中所有扰动项之间没有衡等的联系,即应该避免联立方程系统中某些方程的线性组合可能构成与某个方程相同的形式。系统中某些方程的线性组合可能构成与某个方程相同的形式。第10页/共88页11联立方程系统估计联立方程系统估计联立方程系统估计联立方程系统估计 创建和说明了系统后,单击工具条的创建和说明了系统后,单击工具条的Estimate键,出现系统估计对话框,在弹键,出现系统估计对话框,在弹出的对话框中选择估计方法和各个选项:出的对话框中选择估计方法和各个选项:第11页/共88页12联立方程系统残差协方差矩阵的形式联立方程系统残差协方差矩阵的形式联立方程系统残差协方差矩阵的形式联立方程系统残差协方差矩阵
15、的形式 下面的讨论是以线性方程所组成的平衡系统为对象的,但是这些分析也适合于下面的讨论是以线性方程所组成的平衡系统为对象的,但是这些分析也适合于包含非线性方程的系统。若一个系统,含有包含非线性方程的系统。若一个系统,含有k 个方程,用分块矩阵形式表示如下:个方程,用分块矩阵形式表示如下:(12.2.1)其其中中:yi 表表示示第第i 个个方方程程的的T 维维因因变变量量向向量量,T 是是样样本本观观测测值值个个数数,Xi 表表示示第第i 个个方方程程的的T ki 阶阶解解释释变变量量矩矩阵阵,如如果果含含有有常常数数项项,则则Xi 的的第第一一列列全全为为1,ki 表表示示第第i 个个方方程程
16、的的解解释释变变量量个个数数(包包含含常常数数项项),i 表表示示第第i 个个方方程程的的ki 维维系系数数向向量量,i=1,2,k。第12页/共88页13式式(12.2.1)可以简单地表示为可以简单地表示为(12.2.2)其中:设其中:设,是是m维向量。维向量。联联立立方方程程系系统统残残差差的的分分块块协协方方差差矩矩阵阵的的kTkT 方方阵阵V大大体体有有如如下下4种种形形式式。本章的估计方法都是在这些情形的基础上进行讨论的。本章的估计方法都是在这些情形的基础上进行讨论的。1.在在古古典典线线性性回回归归的的标标准准假假设设下下,系系统统残残差差的的分分块块协协方方差差矩矩阵阵是是kTk
17、T 的的方阵方阵V(12.2.3)其其中中:算算子子 表表示示克克罗罗内内克克积积(kroneckerproduct),简简称称叉叉积积,2是是系系统统残残差差的方差。的方差。第13页/共88页14 2.k个个方方程程间间的的残残差差存存在在异异方方差差,但但是是不不存存在在同同期期相相关关时时,用用表表示示第第i个个方方程残差的方差,程残差的方差,i=1,2,k,此时的矩阵形式为,此时的矩阵形式为(12.2.4)其中其中diag()代表对角矩阵。代表对角矩阵。第14页/共88页153.k个个方方程程间间的的残残差差不不但但是是异异方方差差的的,而而且且是是同同期期相相关关的的情情形形,可可以
18、以通通过过定定义义一一个个kk的的同同期期相相关关矩矩阵阵 进进行行描描述述,的的第第i行行第第j列列的的元元素素 ij=E(ui u j)。如如果果残残差差是是同同期期不不相相关关的的,那那么么,对对于于i j,则则 ij=0,如如果果k个个方方程程间间的的残残差是异方差且同期相关的,则有差是异方差且同期相关的,则有(12.2.5)第15页/共88页164.在在更更一一般般的的水水平平下下,k 个个方方程程间间的的残残差差存存在在异异方方差差、同同期期相相关关的的同同时时,每个方程的残差还存在自相关。此时残差分块协方差矩阵应写成每个方程的残差还存在自相关。此时残差分块协方差矩阵应写成(12.
19、2.6)其中:其中:ij 是第是第i 个方程残差和第个方程残差和第j 个方程残差的自相关矩阵。个方程残差的自相关矩阵。第16页/共88页1712.2.112.2.1单方程估计方法单方程估计方法单方程估计方法单方程估计方法 1.1.1.1.普通最小二乘法普通最小二乘法普通最小二乘法普通最小二乘法(OrdinaryLeastSquares,OLSOrdinaryLeastSquares,OLS)这种方法是在联立方程中服从关于系统参数的约束条件的情况下,使每个方这种方法是在联立方程中服从关于系统参数的约束条件的情况下,使每个方程的残差平方和最小。如果没有这样的参数约束,这种方法和使用单方程普通最小程
20、的残差平方和最小。如果没有这样的参数约束,这种方法和使用单方程普通最小二乘法估计每个方程式是一样的。二乘法估计每个方程式是一样的。在协方差阵被假定为在协方差阵被假定为时,最小二乘法是非常有效的。时,最小二乘法是非常有效的。的估计值为:的估计值为:(12.9)第17页/共88页182.2.加权最小二乘法加权最小二乘法加权最小二乘法加权最小二乘法(Weighted Least Squares,WLS(Weighted Least Squares,WLS)这种方法通过使加权的残差平方和最小来解决联立方程的异方差性,方程的这种方法通过使加权的残差平方和最小来解决联立方程的异方差性,方程的权重是被估计的
21、方程的方差的倒数,来自未加权的系统参数的估计值。如果方程组权重是被估计的方程的方差的倒数,来自未加权的系统参数的估计值。如果方程组没有联立约束,该方法与加权单方程最小二乘法产生相同的结果。没有联立约束,该方法与加权单方程最小二乘法产生相同的结果。加权最小二乘法的估计值为:加权最小二乘法的估计值为:(12.2.10)其中,其中,是是V 的一个一致估计量。的一个一致估计量。V 中的元素中的元素 i2的估计值的估计值sii 为为i=1,2,k(12.2.11)第18页/共88页19 该方法也称作多元回归法,既考虑到异方差性也考虑到不同方程的误差项的该方法也称作多元回归法,既考虑到异方差性也考虑到不同
22、方程的误差项的相关性。相关性。当当方方程程右右边边的的变变量量X 全全部部是是外外生生变变量量,残残差差是是异异方方差差和和同同期期相相关关的的,误误差差协协方方差差阵阵形形式式为为V=IT 时时,使使用用SUR方方法法是是恰恰当当的的。进进行行广广义义最最小小二二乘乘(GLS)估估计,此时的计,此时的ZellnerSUR估计值为估计值为:(12.2.17)这里这里是元素为是元素为sij 的的 的一致估计。的一致估计。3.3.似乎不相关回归似乎不相关回归似乎不相关回归似乎不相关回归(SeeminglyUnrelatedRegression,SUR)(SeeminglyUnrelatedRegr
23、ession,SUR)第19页/共88页204.4.方程含有方程含有方程含有方程含有ARAR项项项项 如果第如果第i 个方程含有个方程含有AR项,项,EViews估计下面方程:估计下面方程:t=1,2,T(12.2.18)这里,这里,i 是独立的,但方程之间存在同期相关。是独立的,但方程之间存在同期相关。第20页/共88页215.5.二阶段最小二乘法二阶段最小二乘法二阶段最小二乘法二阶段最小二乘法(Two-StageLeastSquares,TSLS)(Two-StageLeastSquares,TSLS)系统二阶段最小二乘法方法(系统二阶段最小二乘法方法(STSLS)是前面描述的单方程二阶段
24、最小二乘估计)是前面描述的单方程二阶段最小二乘估计的系统形式。的系统形式。联立方程系统的结构式联立方程系统的结构式(12.1.4)中的第中的第i个方程可以写为个方程可以写为i=1,2,k(12.2.21)或等价的写为或等价的写为(12.2.22)式式中中 i 是是式式(12.1.4)内内生生变变量量系系数数矩矩阵阵 的的第第i 行行的的行行向向量量,是是将将 i 中中第第i 个个元元素素设设为为0,i 是是先先决决变变量量系系数数矩矩阵阵 的的第第i 行行的的行行向向量量,。Y 是是内内生生变变量量矩矩阵阵,Z 是前定变量矩阵。是前定变量矩阵。第21页/共88页22第第一一阶阶段段用用所所有有
25、的的前前定定变变量量Z 对对第第i 个个方方程程右右端端出出现现的的内内生生变变量量(记记为为Yi)做做回回归归,由由于于方方程程的的右右侧侧不不存存在在随随机机解解释释变变量量问问题题,可可以以直直接接采采用用普普通通最最小小二乘法估计其参数,并得到拟合值二乘法估计其参数,并得到拟合值(12.2.23)由这个方程的表达式可知,在大样本下,由这个方程的表达式可知,在大样本下,i 与残差独立。与残差独立。在在第第二二阶阶段段,用用i 代代替替Yi,再再利利用用Xi,采采用用普普通通最最小小二二乘乘法法重重新新估估计计,回归得到回归得到i=1,2,k(12.2.24)其中:其中:,这个参数的估计量
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