간단한 선형 회귀 분석에서 회귀 계수의 편차 도출


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간단한 선형 회귀 분석에서 y=β0+β1x+u . 여기서 u∼iidN(0,σ2) . 추정값을 도출했습니다 :

β1^=∑i(xi−x¯)(yi−y¯)∑i(xi−x¯)2 ,
여기서x¯ 및y¯ 는x와y의 표본 평균입니다.y .

지금은의 분산 찾으려면 β 1 . 나는 다음과 같은 것을 파생시켰다 : Var ( ^ β 1 ) = σ 2 ( 1 − 1β^1

Var(β1^)=σ2(1−1n)∑i(xi−x¯)2 .

도출은 다음과 같습니다.

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∑나는(엑스나는−엑스¯)2+∑나는(엑스나는−엑스¯)(유나는−∑제이유제이엔))=1(∑나는(엑스나는−엑스¯)2)2바르(∑나는(엑스나는−엑스¯)(유나는−∑제이유제이엔))=1(∑나는(엑스나는−엑스¯)2)2×이자형[(∑나는(엑스나는−엑스¯)(유나는−∑제이유제이엔)−이자형[∑나는(엑스나는−엑스¯)(유나는−∑제이유제이엔)]⏟=0)2]=1(∑나는(엑스나는−엑스¯)2)2이자형[(∑나는(엑스나는−엑스¯)(유나는−∑제이유제이엔))2]=1(∑나는(엑스나는−엑스¯)2)2이자형[∑나는(엑스나는−엑스¯)2(유나는−∑제이유제이엔)2] , 이후 유나는 의 iid입니다=1(∑나는(엑스나는−엑스¯)2)2∑나는(엑스나는−엑스¯)2이자형(유나는−∑제이유제이엔)2=1(∑나는(엑스나는−엑스¯)2)2∑나는(엑스나는−엑스¯)2(이자형(유나는2)−2×이자형(유나는×(∑제이유제이엔))+이자형(∑제이유제이엔)2)=1(∑나는(엑스나는−엑스¯)2)2∑나는(엑스나는−엑스¯)2(σ2−2엔σ2+σ2엔)=σ2∑나는(엑스나는−엑스¯)2(1−1엔)

내가 여기서 뭔가 잘못 했니?

행렬 표기법으로 모든 것을 수행하면 . 그러나 개념을 이해하기 위해 행렬 표기법을 사용하지 않고 답을 도출하려고합니다.V에이아르 자형(β1^)=σ2∑나는(엑스나는−엑스¯)2


2
예, 행렬 표기법의 수식이 정확합니다. 문제의 공식을 보면 모집단 표준 편차 대신 샘플 표준 편차를 사용하는 것처럼 보입니까? 파생을 보지 않으면 더 이상 말하기가 어렵습니다. 1−1n=n−1n
— TooTone

일반 답변은 stats.stackexchange.com/questions/91750 의 중복 스레드에도 게시되었습니다 .
— 우버

답변:


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파생을 시작할 때 y i 와 ˉ y를 모두 확장하는 과정에서 괄호 를 곱합니다 . 전자는 합 변수 i 에 의존 하지만 후자는 그렇지 않습니다. ˉ y 를 그대로두면 유도가 훨씬 간단합니다. ∑ i ( x i − ˉ x ) ˉ y∑i(xi−x¯)(yi−y¯)yiy¯iy¯

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

금후

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

과

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

원하는 결과입니다.


부수적으로, 나는 당신의 파생에서 오류를 찾으려고 오랜 시간을 보냈습니다. 결국 나는 재량이 용기의 더 나은 부분이라고 결정하고 더 간단한 접근법을 시도하는 것이 가장 좋습니다. 그러나 기록을 위해이 단계가 정당화되었는지 확신하지 못했습니다.

=.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
because it misses out the cross terms due to ∑jujn.

I noticed that I could use the simpler approach long ago, but I was determined to dig deep and come up with the same answer using different approaches, in order to ensure that I understand the concepts. I realise that first ∑juj^=0 from normal equations (FOC from least square method), so u^¯=∑iuin=0, plus u^¯=y¯−y^¯=0, so y¯=y^¯. So there won't be the term ∑jujn in the first place.
— mynameisJEFF

ok, in your question the emphasis was on avoiding matrix notation.
— TooTone

Yes, because I was able to solve it using matrix notation. And notice from my last comment, I did not use any linear algebra. Thanks for your great answer anyway^.^
— mynameisJEFF

sorry are we talking at cross-purposes here? I didn't use any matrix notation in my answer either, and I thought that was what you were asking in your question.
— TooTone

sorry for misunderstanding haha...
— mynameisJEFF

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I believe the problem in your proof is the step where you take the expected value of the square of ∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn). This is of the form E[(∑iaibi)2], where ai=xi−x¯;bi=ui−∑jujn. So, upon squaring, we get E[∑i,jaiajbibj]=∑i,jaiajE[bibj]. Now, from explicit computation, E[bibj]=σ2(δij−1n), so E[∑i,jaiajbibj]=∑i,jaiajσ2(δij−1n)=∑iai2σ2 as ∑iai=0.


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Begin from "The derivation is as follow:" The 7th "=" is wrong.

Because

∑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

So after 7th "=" it should be:

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)

=1(∑i(xi−x¯)2)2E(∑i(xi−x¯)2ui2), because ui and uj are independent and mean 0, so E(uiuj)=0

=1(∑i(xi−x¯)2)2(∑i(xi−x¯)2E(ui2))

σ2(∑i(xi−x¯)2)2


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It might be helpful if you edited your answer to include the correct line.
— mdewey

Your answer is being automatically flagged as low quality because it's very short. Please consider expanding on your answer
— Glen_b
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