ความแปรปรวนของค่าสัมประสิทธิ์การถดถอยในการถดถอยเชิงเส้นอย่างง่าย


37

ในการถดถอยเชิงเส้นอย่างง่ายเรามีที่2) ฉันได้รับตัวประมาณ: ที่และเป็นวิธีการที่เป็นตัวอย่างของและy ที่y=β0+β1x+uu∼iidN(0,σ2)

β1^=∑i(xi−x¯)(yi−y¯)∑i(xi−x¯)2 ,
x¯y¯xy

ตอนนี้ผมต้องการที่จะหาแปรปรวนของ\ฉันได้รับสิ่งต่อไปนี้: β^1

Var(β1^)=σ2(1−1n)∑i(xi−x¯)2 .

รากศัพท์มีดังต่อไปนี้:

Var(β1^)=Var(∑i(xi−x¯)(yi−y¯)∑i(xi−x¯)2)=1(∑i(xi−x¯)2)2Var(∑i(xi−x¯)(β0+β1xi+ui−1n∑j(β0+β1xj+uj)))=1(∑i(xi−x¯)2)2Var(β1∑i(xi−x¯)2+∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))=1(∑i(xi−x¯)2)2Var(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))=1(∑i(xi−x¯)2)2×E[(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)−E[∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)]⏟=0)2]=1(∑i(xi−x¯)2)2E[(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))2]=1(∑i(xi−x¯)2)2E[∑i(xi−x¯)2(ui−∑jujn)2] , since ui 's are iid=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2E(ui−∑jujn)2=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2(E(ui2)−2×E(ui×(∑jujn))+E(∑jujn)2)=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2(σ2−2nσ2+σ2n)=σ2∑i(xi−x¯)2(1−1n)

ฉันทำอะไรผิดที่นี่เหรอ?

ฉันรู้ว่าถ้าฉันทำทุกอย่างด้วยเครื่องหมายเมทริกซ์ฉันจะได้ . แต่ฉันกำลังพยายามหาคำตอบโดยไม่ใช้สัญกรณ์เมทริกซ์เพียงเพื่อให้แน่ใจว่าฉันเข้าใจแนวคิดVar(β1^)=σ2∑i(xi−x¯)2


2
ใช่สูตรของคุณจากสัญกรณ์เมทริกซ์ถูกต้อง เมื่อดูสูตรที่มีคำถามดังนั้นมันจึงดูราวกับว่าคุณอาจใช้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานตัวอย่างที่ไหนสักแห่งแทนที่จะเป็นค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของประชากร? โดยที่ไม่ได้เห็นต้นกำเนิดมันยากที่จะพูดอะไรอีกแล้ว 1−1n=n−1n
— TooTone

คำตอบทั่วไปยังได้รับการโพสต์ในกระทู้ที่ซ้ำกันที่stats.stackexchange.com/questions/91750
— whuber

คำตอบ:


35

ในช่วงเริ่มต้นของรากศัพท์ของคุณที่คุณคูณออกวงเล็บในกระบวนการขยายตัวทั้งและ{y} อดีตขึ้นอยู่กับตัวแปรผลรวมในขณะที่หลังไม่ได้ หากคุณปล่อยตามที่ได้รับมานั้นง่ายกว่ามากเพราะ ∑i(xi−x¯)(yi−y¯)yiy¯iy¯

∑i(xi−x¯)y¯=y¯∑i(xi−x¯)=y¯((∑ixi)−nx¯)=y¯(nx¯−nx¯)=0

ด้วยเหตุนี้

∑i(xi−x¯)(yi−y¯)=∑i(xi−x¯)yi−∑i(xi−x¯)y¯=∑i(xi−x¯)yi=∑i(xi−x¯)(β0+β1xi+ui)

และ

Var(β1^)=Var(∑i(xi−x¯)(yi−y¯)∑i(xi−x¯)2)=Var(∑i(xi−x¯)(β0+β1xi+ui)∑i(xi−x¯)2),substituting in the above=Var(∑i(xi−x¯)ui∑i(xi−x¯)2),noting only ui is a random variable=∑i(xi−x¯)2Var(ui)(∑i(xi−x¯)2)2,independence of ui and, Var(kX)=k2Var(X)=σ2∑i(xi−x¯)2

ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่คุณต้องการ


ในฐานะที่เป็นข้อความด้านข้างฉันใช้เวลานานในการพยายามหาข้อผิดพลาดในการสืบทอดของคุณ ในที่สุดฉันตัดสินใจว่าการตัดสินใจนั้นเป็นส่วนที่ดีกว่าของความกล้าหาญและมันเป็นการดีที่สุดที่จะลองใช้วิธีที่ง่ายกว่า อย่างไรก็ตามสำหรับบันทึกฉันไม่แน่ใจว่าขั้นตอนนี้มีความชอบธรรม เพราะมันคิดถึงออกข้อกำหนดข้ามเนื่องจาก{n}

=.1(∑i(xi−x¯)2)2E[(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))2]=1(∑i(xi−x¯)2)2E[∑i(xi−x¯)2(ui−∑jujn)2] , since ui 's are iid
∑jujn

ฉันสังเกตเห็นว่าฉันสามารถใช้วิธีการที่ง่ายกว่านี้มานานแล้ว แต่ฉันตั้งใจที่จะขุดลึกและหาคำตอบเดียวกันโดยใช้วิธีการที่แตกต่างกันเพื่อให้แน่ใจว่าฉันเข้าใจแนวคิด ฉันรู้ว่าจากสมการปกติ (FOC จากวิธีกำลังสองน้อยที่สุด) ดังนั้น , บวกดังนั้น{y}} ดังนั้นจะไม่มีคำว่าในตอนแรก ∑juj^=0u^¯=∑iuin=0u^¯=y¯−y^¯=0y¯=y^¯∑jujn
— mynameisJEFF

ตกลงในคำถามของคุณการเน้นคือการหลีกเลี่ยงสัญลักษณ์เมทริกซ์
— TooTone

ใช่เพราะฉันสามารถแก้ไขได้โดยใช้สัญลักษณ์เมทริกซ์ และสังเกตจากความคิดเห็นล่าสุดของฉันฉันไม่ได้ใช้พีชคณิตเชิงเส้นใด ๆ ขอบคุณสำหรับคำตอบที่ยอดเยี่ยมของคุณต่อไป ^. ^
— mynameisJEFF

ขออภัยเรากำลังพูดถึงจุดตัดขวางที่นี่? ฉันไม่ได้ใช้สัญกรณ์เมทริกซ์ใด ๆ ในคำตอบของฉันและฉันคิดว่านั่นคือสิ่งที่คุณถามในคำถามของคุณ
— TooTone

ขอโทษสำหรับความเข้าใจผิด haha ​​...
— mynameisJEFF

2

ผมเชื่อว่าปัญหาในการพิสูจน์ของคุณเป็นขั้นตอนที่คุณใช้มูลค่าที่คาดหวังของตารางของขวา) นี่คือรูปแบบโดยที่{n} ดังนั้นเมื่อ squaring เราได้รับขวา] ตอนนี้จากการคำนวณอย่างชัดเจนดังนั้นเป็น∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)E[(∑iaibi)2]ai=xi−x¯;bi=ui−∑jujnE[∑i,jaiajbibj]=∑i,jaiajE[bibj]E[bibj]=σ2(δij−1n)E[∑i,jaiajbibj]=∑i,jaiajσ2(δij−1n)=∑iai2σ2∑iai=0.


1

เริ่มต้นจาก "การสืบทอดมาดังต่อไปนี้:" The 7th "=" ผิด

เพราะ

∑i(xi−x¯)(ui−u¯)

=∑i(xi−x¯)ui−∑i(xi−x¯)u¯

=∑i(xi−x¯)ui−u¯∑i(xi−x¯)

=∑i(xi−x¯)ui−u¯(∑ixi−nx¯)

=∑i(xi−x¯)ui−u¯(∑ixi−∑ixi)

=∑i(xi−x¯)ui−u¯0

=∑i(xi−x¯)ui

ดังนั้นหลังจาก 7th "=" มันควรจะเป็น:

1(∑i(xi−x¯)2)2E[(∑i(xi−x¯)ui)2]

=1(∑i(xi−x¯)2)2E(∑i(xi−x¯)2ui2+2∑i≠j(xi−x¯)(xj−x¯)uiuj)

=1(∑i(xi−x¯)2)2E(∑i(xi−x¯)2ui2)+2E(∑i≠j(xi−x¯)(xj−x¯)uiuj)

=เพราะและมีความเป็นอิสระและหมายถึง 0 ดังนั้น1(∑i(xi−x¯)2)2E(∑i(xi−x¯)2ui2)uiujE(uiuj)=0

=1(∑i(xi−x¯)2)2(∑i(xi−x¯)2E(ui2))

σ2(∑i(xi−x¯)2)2


1
อาจเป็นประโยชน์หากคุณแก้ไขคำตอบเพื่อรวมบรรทัดที่ถูกต้อง
— mdewey

คำตอบของคุณจะถูกตั้งค่าสถานะโดยอัตโนมัติว่ามีคุณภาพต่ำเพราะสั้นมาก โปรดลองขยายคำตอบของคุณ
— Glen_b
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.