最新一元线性回归分析课件.ppt
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1、一元线性回归分析一元线性回归分析2.1:回归分析及回归模型一、变量间的关系及回归分析的基本概念一、变量间的关系及回归分析的基本概念二、总体回归函数二、总体回归函数三、随机扰动项三、随机扰动项 和总体回归模型的基本假设和总体回归模型的基本假设四、样本回归函数四、样本回归函数2023-1-25朱 晋9 由于变量间关系的随机性,由于变量间关系的随机性,回归分析关心的是根据回归分析关心的是根据解释变量的已知或给定值,考察被解释变量的总体解释变量的已知或给定值,考察被解释变量的总体均值均值,即当解释变量取某个确定值时,与之统计相,即当解释变量取某个确定值时,与之统计相关的被解释变量所有可能出现的对应值的
2、平均值。关的被解释变量所有可能出现的对应值的平均值。2023-1-25朱 晋10回归分析构成计量经济学的方法论基回归分析构成计量经济学的方法论基础,其主要内容包括:础,其主要内容包括:(1)根据样本观察值对计量经济模型参数进行)根据样本观察值对计量经济模型参数进行估计,求得回归方程;估计,求得回归方程;(2)对回归方程、参数估计值进行检验;)对回归方程、参数估计值进行检验;(3)利用回归方程进行分析、评价及预测。)利用回归方程进行分析、评价及预测。2023-1-25朱 晋112.1.2 总体回归函数总体回归函数(PRF)例子例子例例2.12.1:一个假想的社区有60户家庭组成,要研究该社区每月
3、家庭消费支出Y与每月家庭可支配收入X的关系。即如果知道了家庭的月收入,能否预测该社区家庭的平均月消费支出水平。为达到此目的,将该60户家庭划分为组内收入差不多的10组,以分析每一收入组的家庭消费支出(表2.1)。2023-1-25朱 晋12表表 2.1 某某社社区区每每月月家家庭庭收收入入与与消消费费支支出出查查统统计计表表每月家庭收入X(元)8001000120014001600180020002200240026005506507908001020110012001350137015006007008409301070115013601370145015206507409009501100
4、1200140014001550175070080094010301160130014401520165017807508509801080118013501450157017501800088001130125014000160018901850每月家庭消费支出Y(元)0001150000162001910共计325046204450707067807500685010430966012110条件概率1/51/61/51/71/61/61/51/71/61/7条件均值65077089010101130125013701490161017302023-1-25朱 晋13 由于不确定因素的影响,
5、对同一收入水平由于不确定因素的影响,对同一收入水平X,不同,不同家庭的消费支出不完全相同;家庭的消费支出不完全相同;但由于调查的完备性,给定收入水平但由于调查的完备性,给定收入水平X的消费支出的消费支出Y的分布是确定的,即以的分布是确定的,即以X的给定值为条件的的给定值为条件的Y的的条条件分布件分布(Conditional distribution)是已知的,如:)是已知的,如:P(Y=550|X=800)=1/5。因此,给定收入因此,给定收入X的值的值Xi,可得消费支出,可得消费支出Y的条件的条件均值(均值(conditional mean)或条件期望()或条件期望(conditional
6、expectation):)|(iXXYE该例中:该例中:E(Y|X=800)=650 分析分析2023-1-25朱 晋14 从散点图发现:随着收入的增加,消费从散点图发现:随着收入的增加,消费“平均平均地说地说”也在增加,且也在增加,且Y的条件均值均落在一根正的条件均值均落在一根正斜率的直线上。这条直线称为斜率的直线上。这条直线称为总体回归线总体回归线。500700900110013001500170019002100050010001500200025003000YX2023-1-25朱 晋15 在给定解释变量iX条件下被解释变量iY的期望轨迹称为总总体体回回归归线线(population
7、 regression line),或更一般地称为总总体体回回归归曲曲线线(population regression curve)。相应的函数(方程):)()|(iiXfXYE (2.1.1)称为(双变量)总总体体回回归归函函数数(方方程程)(PRF)(populationregression function)。Y2023-1-25朱 晋16xy10 x0yix0iy1 iy2iy3iy4iyiiixxyExy100总体回归模型的均值概念xy10总体回归函数样本回归函数 概念概念2023-1-25朱 晋17 回归函数(回归函数(PRFPRF)说明被解释变量)说明被解释变量Y Y的平均状态的
8、平均状态(总体条件期望)随解释变量(总体条件期望)随解释变量X X变化的规律。变化的规律。函数形式可以是线性或非线性的。函数形式可以是线性或非线性的。例例2.1中中:iiXXYE10)|(为一线性函数。其中,1与2为未知然而固定的参数,称为回回归归系系数数(regression coefficients)。2023-1-25朱 晋182.1.3 随机扰动(误差)项随机扰动(误差)项 随机扰动项的引入随机扰动项的引入 总体回归函数说明在给定的收入水平Xi下,该社区家庭平均的消费支出水平。但对某一个别的家庭,其消费支出可能与该平均水平有偏差。记)()/(10iiiiiiXYXXYEYu称为观察值围
9、绕它的期望值的离差(deviation),它是一不可测度的随机量,所以也称随机扰动项(stochastic disturbance),或随机误差项(stochastic error)iuiY)/(iiXXYE(2.1.2)2023-1-25朱 晋19由(2.1.2)式,个别家庭的消费支出为:即,给定收入水平iX,个别家庭的支出可表示为两部分之和:(1)该收入水平下所有家庭的平均消费支出)|(iXYE,称为系系统统性性(systematic)或确确定定性性(deterministic)部部分分 (2)其他随随机机或非非确确定定性性(nonsystematic)部部分分i。iiiiiiuXYuXX
10、YEY10)/(2.1.3)(2.1.3)称为总体回归模型。2023-1-25朱 晋20、随机误差项随机误差项 产生的原因产生的原因:1)理论的含糊性;2)数据的欠缺;3)节省原则 随机误差项主要包括下列因素的影响随机误差项主要包括下列因素的影响:(1)在解释变量中被忽略的因素的影响;(2)变量观测值的观测误差的影响;(3)模型关系的设定误差的影响;(4)其他随机因素的影响。iu2023-1-25朱 晋21 3、总体线性回归模型(2.1.3)的基本假设有:1、随机误差项的均值为零 2、随机误差项各分量的方差相等(等方差)3、随机误差项在不同样本点之间是独立的,不存在序列相关。即 4、随机误差项
11、与解释变量之间不相关。即 5、解释变量x为确定性变量(非随机变量)。6、随机误差项服从正态分布。0iuE niuVaruDuii,2,1,2jiuuCovji,0,niuxCovi,2,1,0,iu2,0uN2023-1-25朱 晋22iiiuxy10 yi,ui为随机变量,xi为确定性变量,yi和xi有样本值,是待估参数。ui服从正态分布:yi服从正态分布。2,0uiNu210,uiixNy在总体回归模型:中10和2023-1-25朱 晋232.1.42.1.4、样本回归函数(、样本回归函数(SRFSRF)2023-1-25朱 晋24问题的提出问题的提出 由于总体的信息往往无法掌握,现实的情
12、况只能由于总体的信息往往无法掌握,现实的情况只能是在一次观测中得到总体的一组样本。是在一次观测中得到总体的一组样本。问题是能从一次抽样中获得总体的近似的信息吗?问题是能从一次抽样中获得总体的近似的信息吗?如果可以,如何从抽样中获得总体的近似信息?如果可以,如何从抽样中获得总体的近似信息?例例2.2:在例2.1的总体中有如下一个样本,问:能否从该样本估计总体回归函数PRF?Y700650900950 1100 11501200140015501500X800 1000 12001400 1600 180020002200240026002023-1-25朱 晋25该样本的散点图散点图(scatt
13、er diagram):样本散点图近似于一条直线,画一条直线以尽可能好地拟合该散点图,由于样本取自总体,可以该线近似地代表总体回归线。该线称为样本回归线样本回归线(sample regression lines),),其函数形式记为:5007009001100130015001700050010001500200025003000XY iiiXXfY10)((2.1.4)称为样样本本回回归归函函数数(sample regression function)SRF。2023-1-25朱 晋26 注意:注意:这里将(2.1.4)看成(2.1.1)的近似替代。iY 就为)|(iXYE的估计量;i 为
14、i的估计量,)1,0(i2023-1-25朱 晋27 样本回归函数的随机形式样本回归函数的随机形式/样本回归模型样本回归模型 同样地,对某一个体iY,有 iiiiieXYY10 (2.1.5)式中,ie称为(样样本本)残残差差(或剩剩余余)项项(residual),代表了其他影响iY的随机因素的集合体,可看成为i的估计量。由于方程中引入了随机项,成为计量经济模型,因由于方程中引入了随机项,成为计量经济模型,因此也称为此也称为样本回归模型样本回归模型。2023-1-25朱 晋28 回归分析的主要目的回归分析的主要目的根据样本回归函数根据样本回归函数SRF,估计总体回归函数,估计总体回归函数PRF
15、。即,根据 iiiiieXeYY10估计 iiiiiXXYEY10)|(2023-1-25朱 晋29 Y iY iiXY10 ie iY iiXXYE10)|()|(iXYE Xi X 样本与总体回归线样本与总体回归线i这这就就要要求求:设计一“方法”构造SRF,以使SRF尽可能“接近”PRF,或者说使)1,0(ii尽可能接近)1,0(ii。注注:这里真实的PRF可能永远无从知道2.2:一元线性模型的参数估计2023-1-25朱 晋312.2普通最小二乘法(OLS)2023-1-25朱 晋32 OLS回归函数 的特征 1、样本均值 落在回归直线上;2、y的理论估计值 的均值即为 ;3、残差一阶
16、和为0:4、残差与解释变量不相关:5、残差与y的理论预测值亦不相关:YiiXY10YX,0ie0iiXe0iiYeY2023-1-25朱 晋332.3 参数估计值的性质及统计推断 高斯马尔可夫定理 OLS下的统计推断2023-1-25朱 晋34 当模型参数估计完成,需考虑参数估计值的精当模型参数估计完成,需考虑参数估计值的精度,即是否能代表总体参数的真值,或者说需考度,即是否能代表总体参数的真值,或者说需考察参数估计量的统计性质。察参数估计量的统计性质。一个用于考察总体的统计量,可从三个方面一个用于考察总体的统计量,可从三个方面考察其优劣性:考察其优劣性:(1)线性性)线性性(linear):
17、即是否是另一随机变量的即是否是另一随机变量的线性函数;线性函数;(2)无偏性)无偏性(unbiased):即它的均值或期望值是即它的均值或期望值是否等于总体的真实值;否等于总体的真实值;(3)有效性)有效性(efficient):即它是否在所有线性无即它是否在所有线性无偏估计量中具有最小方差。偏估计量中具有最小方差。2023-1-25朱 晋352.3.1 高斯马尔可夫定理 若一元线性模型满足计量经济基本假设,则参数的最小二乘估计是最小方差的线性无偏估计。(BLUE)高斯马尔可夫定理的初步证明 回顾:点估计的三个性质-无偏性、有效性和一致性。(注:参数估计有点估计和区间估计两类参数估计有点估计和
18、区间估计两类)2023-1-25朱 晋36同理可证明 )var()var(0*0Sampling distribution of OLS estimator 1 and alternative estimator*111*11)()(EE1*1 有效性的图形表示:*2023-1-25朱 晋37 2.3.2 OLS下的统计推断1、参参数数估估计计量量0和和1的的概概率率分分布布),(2211ixN),(22200iixnXN2023-1-25朱 晋382、参数估计值的总体方差2221XXiu222222210uiiuiXXnXXXXn2023-1-25朱 晋39 3、随机误差变量 的方差估计值
19、4、参数估计量的样本方差iu222neiu2221XXiu222210uiXXXn标准差为方差的平方根,Eviews的结果一般用标准差表示。2023-1-25朱 晋40第二周作业:一、书p61-62:2.1(1)(3),2.2 二、证明OLS特征:3、残差一阶和为0:4、残差与解释变量不相关:5、残差与y的理论预测值亦不相关:三、熟悉Eviews软件,利用普通股交易资料作1-3只股票的单指数模型的样本回归模型。0ie0iiXe0iiYe2.4 一元线性回归模型的统一元线性回归模型的统计检验计检验 一、拟合优度检验一、拟合优度检验 二、变量的显著性检验二、变量的显著性检验 三、参数的置信区间三、
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