【计量经济学及Stata应用】第7章 异方差

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【计量经济学及Stata应用】第7章 异方差

2024-07-07 12:42| 来源: 网络整理| 查看: 265

目录 7.1 异方差的后果7.2 异方差的例子7.3 异方差的检验7.4 异方差的处理7.5 处理异方差的Stata命令及示例7.6 Stata命令的批处理

7.1 异方差的后果

(1)OLS估计量依然是无偏、一致渐进的

(2)OLS估计量方差不再是 σ 2 ( X ′ X ) − 1 \sigma^2(\boldsymbol{X'X})^{-1} σ2(X′X)−1,不满足球形扰动项的假设 使用普通标准误的 t t t检验、&F&检验失效 使用稳健标准误

(3)高斯-马尔可夫定理不再成立,OLS估计量不是BLUE 加权最小二乘法是BLUE

7.2 异方差的例子

7.3 异方差的检验

在这里插入图片描述 1.画残差图 残差可视为扰动项的实现值,可通过残差的波动来大致考察是否存在异方差 这是最直观的方法,但不严格 2.BP检验 假设样本数据 iid 原假设为同方差 辅助回归: e i 2 = δ 1 + δ 2 x i 2 + … + δ K x i K + e r r i o r i e_i^2=\delta_1+\delta_2 x_{i2}+\ldots+\delta_K x_{iK}+errior_i ei2​=δ1​+δ2​xi2​+…+δK​xiK​+erriori​ 记此辅助回归的拟合优度为 R 2 R^2 R2. R 2 R^2 R2越高,越显著,越可以拒绝 H 0 : δ 2 = … = δ K = 0 H_0:\delta_2=\ldots=\delta_K=0 H0​:δ2​=…=δK​=0 L M LM LM统计量: L M = n R 2 ⟶ d χ 2 ( K − 1 ) LM=nR^2\stackrel{d}{\longrightarrow}\chi^2(K-1) LM=nR2⟶d​χ2(K−1) 如果 L M LM LM统计量大于 χ 2 ( K − 1 ) \chi^2(K-1) χ2(K−1)的临界值,则拒绝同方差的原假设 3.怀特检验 在BP检验的辅助回归中加入所有的二次项(含平方项与交叉项) 二元回归的怀特检验的辅助回归为 e i 2 = δ 1 + δ 2 x i 2 + δ 3 x i 3 + δ 4 x i 2 2 + δ 5 x i 3 2 + δ 6 x i 2 x i 3 + e r r o r i e_i^2=\delta_1+\delta_2 x_{i2}+\delta_3 x_{i3}+\delta_4 x_{i2}^2+\delta_5 x_{i3}^2+\delta_6 x_{i2}x_{i3}+error_i ei2​=δ1​+δ2​xi2​+δ3​xi3​+δ4​xi22​+δ5​xi32​+δ6​xi2​xi3​+errori​ 优点:它可以检验任何形式的异方差,因为根据泰勒展开式,二次函数可以很好地逼近任何光滑函数。 缺点:如果解释变量较多,则解释变量的二次项(含交叉项)将更多,在辅助回归中将损失较多样本容量。

7.4 异方差的处理

在这里插入图片描述 1.使用“OLS+稳健标准误” 仍然进行OLS回归 但是使用在异方差情况下也成立的稳健标准误 这是通用的方法 2.加权最小二乘法(WLS) 方差较小的观测值包含的信息较大 给予方差较小的观测值较大的权重 然后进行加权最小二乘法估计 通过变量转换,使得变换后的模型满足球形扰动项的假定 假定 V a r ( ε i ∣ x i ) ≡ σ i 2 = σ 2 v i Var(\varepsilon_i|\boldsymbol{x_i})\equiv\sigma_i^2=\sigma^2v_i Var(εi​∣xi​)≡σi2​=σ2vi​ y i v i = β 1 1 v i + β 2 x i 2 v i + … + β L x i K v i + ε i v i \frac{y_i}{\sqrt{v_i}}=\beta_1\frac{1}{\sqrt{v_i}}+\beta_2\frac{x_{i2}}{\sqrt{v_i}}+\ldots+\beta_L\frac{x_{iK}}{\sqrt{v_i}}+\frac{\varepsilon_i}{\sqrt{v_i}} vi​ ​yi​​=β1​vi​ ​1​+β2​vi​ ​xi2​​+…+βL​vi​ ​xiK​​+vi​ ​εi​​ 对上式进行OLS回归,即为WLS 加权之后的回归方程满足球形扰动项的假定,故是BLUE。 WLS定义为最小化“加权的残差平方和” m i n ∑ i = 1 n ( e i / v i ) 2 = ∑ i = 1 n e i 2 v i min\sum\limits_{i=1}^n(e_i/\sqrt{v_i})^2=\sum\limits_{i=1}^n\frac{e_i^2}{v_i} mini=1∑n​(ei​/vi​ ​)2=i=1∑n​vi​ei2​​ 在Stata中,权重为 1 / v i 1/v_i 1/vi​,方差的倒数 3.可行加权最小二乘法(FWLS) σ i 2 \sigma_i^2 σi2​不知道,WLS不可行 怎么办?那就估计 σ i 2 \sigma_i^2 σi2​ 进行如下辅助回归 e i 2 = δ 1 + δ 2 x i 2 + … + δ K x i K + e r r i o r i e_i^2=\delta_1+\delta_2 x_{i2}+\ldots+\delta_K x_{iK}+errior_i ei2​=δ1​+δ2​xi2​+…+δK​xiK​+erriori​ 通过此辅助回归的拟合值,既可获得 σ i 2 \sigma_i^2 σi2​的估计值 σ i 2 ^ = δ 1 ^ + δ 2 ^ x i 2 + … + δ K ^ x i K \hat{\sigma_i^2}=\hat{\delta_1}+\hat{\delta_2}x_{i2}+\ldots+\hat{\delta_K}x_{iK} σi2​^​=δ1​^​+δ2​^​xi2​+…+δK​^​xiK​ 保证 σ i 2 ^ \hat{\sigma_i^2} σi2​^​为证,一般换成对数 l n e i 2 = … … lne_i^2=…… lnei2​=……(略) 然后得到的拟合值取e指数 以 1 / σ i 2 ^ 1/\hat{\sigma_i^2} 1/σi2​^​作为权重进行WLS回归

7.5 处理异方差的Stata命令及示例

nerlove.dta

1.画残差图

reg lntc lnq lnpl lnpk lnpf rvfplot //残差与拟合值的散点图 rvpplot lnq //残差与解释变量lnq的散点图

在这里插入图片描述 拟合值较小时,扰动项的方差较大 在这里插入图片描述 lnq越小,扰动项的方差越大

上面两幅图,表明很可能存在异方差,即扰动项的方差随着观测值而变 2.BP检验 estat hettest,iid rhs estat:表示在完成估计后所计算的后续统计量 hettest:heteroscedasticity test iid:表示仅假定数据为iid,而无需正态假定 选择项 rhs:表示使用方程邮编的全部解释变量进行辅助回归。【没有加这个选择项默认使用拟合值进行辅助回归】

quietly reg lntc lnq lnpl lnpk lnpf //quietly表示执行此命令,但不显示运行结果 estat hettest,iid //使用拟合值进行BP检验 estat hettest,iid rhs //使用所有解释变量进行BP检验 estat hettest lnq,iid //使用变量lnq进行BP检验

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

在这里插入图片描述 3.怀特检验 estat imtest,white 在这里插入图片描述 4.WLS reg y x1 x2 x3 [aw=1/var] aw表示analytical weight,为扰动项方差(而不是标准差)的倒数

OLS回归→计算残差→得到残差平方的对数→辅助回归→计算辅助回归的拟合值→去掉对数,得到方差估计值→WLS回归

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

7.6 Stata命令的批处理



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