Pressupostos para derivar o estimador OLS


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Alguém pode explicar brevemente para mim, por que cada uma das seis suposições é necessária para calcular o estimador de OLS? Descobri apenas sobre multicolinearidade - que, se existir, não podemos inverter a matriz (X'X) e, por sua vez, estimar o estimador geral. E os outros (por exemplo, linearidade, zero de erros médios etc.)?



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Você está procurando uma explicação conceitual ou precisa de uma demonstração matemática?
— gung - Restabelece Monica

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Mínimos quadrados comuns é um procedimento numérico, você não precisa de muita suposição para calculá- lo (além da invertibilidade). Os pressupostos são necessários para justificar a inferência baseada nele, ver a minha resposta ontem: stats.stackexchange.com/questions/148803/...
— b Kjetil Halvorsen

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Exatamente a quais "seis suposições" você se refere? Você menciona apenas três.
— whuber

Refiro-me a 1) linearidade 2) ausência de multicolinearidade 3) erros médios nulos 4) erros esféricos (homoscedasticidade e não autocorrelação) 5) regressores não estocásticos e 6) distribuição normal. Então, como entendi pela resposta abaixo, apenas os três primeiros são necessários para derivar o estimador e outros são necessários apenas para garantir que o estimador seja AZUL?
— Ieva

Respostas:


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Você sempre pode calcular o estimador OLS, além do caso em que possui multicolinearidade perfeita. Nesse caso, você tem uma dependência multilinear perfeita em sua matriz X. Conseqüentemente, a suposição de classificação completa não é cumprida e você não pode calcular o estimador OLS, devido a problemas de invertibilidade.

Tecnicamente, você não precisa das outras suposições do OLS para calcular o estimador do OLS. No entanto, de acordo com o teorema de Gauss-Markov, você precisa cumprir a suposição OLS (suposições clrm) para que seu estimador seja AZUL.

Você pode encontrar uma extensa discussão sobre o teorema de Gauss-Markov e sua derivação matemática aqui:

http://economictheoryblog.com/2015/02/26/markov_theorem/

Além disso, se você estiver procurando uma visão geral da suposição de OLS, ou seja, quantas existem, o que elas exigem e o que acontece se você violar a única suposição de OLS, pode encontrar uma discussão elaborada aqui:

http://economictheoryblog.com/2015/04/01/ols_assumptions/

Espero que ajude, felicidades!


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O seguinte é baseado em seções transversais simples, para séries temporais e painéis é um pouco diferente.

  1. Na população e, portanto, na amostra, o modelo pode ser escrito como: Essa é a suposição de linearidade, que às vezes é mal compreendida. O modelo deve ser linear nos parâmetros - a saber, aβk. Você é livre para fazer o que quiser com oxisi. Logs, quadrados etc. Se esse não for o caso, o OLS não pode ser estimado pelo modelo - você precisa de algum outro estimador não linear.
    Y=β0+β1x1+…+βkxk+u=Xβ+u
    βkxi
  2. Uma amostra aleatória (para seções transversais) Isso é necessário para inferência e propriedades da amostra. É um tanto irrelevante para a mecânica pura do OLS.
  3. Sem colinearidade perfeita Isso significa que não pode haver relação perfeita entre . Essa é a suposição que garante que ( X ′ X ) não é singular, de modo que ( X ′ X ) - 1 existe.xi(X′X)(X′X)−1
  4. Média condicional zero: . Isso significa que você especificou corretamente o modelo de forma que: não haja variáveis ​​omitidas e a forma funcional estimada esteja correta em relação ao modelo de população (desconhecido). Essa é sempre a suposição problemática do OLS, já que não há como saber se ele é realmente válido ou não.E(u|X)=0
  5. A variação do termo erros é constante, condicionada à toda : V a r ( u | X ) = σ 2 Novamente, isto não significa nada para a mecânica da OLS, mas garantir que os habituais erros padrão são válidos.XiVar(u|X)=σ2
  6. Normalidade; o termo de erros u é independente do e segue u ∼ N ( 0 , σ 2 ) . Novamente, isso é irrelevante para a mecânica do OLS, mas garante que a distribuição amostral do β k seja normal, ^ β k ∼ N ( β k , V a r ( ^ β k ) ) .Xiu∼N(0,σ2)βkβk^∼N(βk,Var(βk^))

Agora, para as implicações.

  1. Sob 1 - 6 (as premissas clássicas do modelo linear), o OLS é AZUL (melhor estimador imparcial linear), melhor no sentido de menor variância. Também é eficiente entre todos os estimadores lineares, bem como todos os estimadores que usam alguma função do x. Mais importante, de 1 a 6, o OLS também é o estimador imparcial de variância mínima. Isso significa que entre todos os estimadores imparciais (e não apenas o linear), o OLS tem a menor variação. OLS também é consistente.

  2. Sob 1 - 5 (as suposições de Gauss-Markov), o OLS é AZUL e eficiente (como descrito acima).

  3. Sob 1 - 4, o OLS é imparcial e consistente.

Na verdade, o OLS também é consistente, sob uma suposição mais fraca do que saber: ( 1 ) E ( u ) = 0 e ( 2 ) C o v ( x j , u ) = 0 . A diferença das suposições 4 é que, sob essa suposição, você não precisa definir perfeitamente a relação funcional.(4)(1) E(u)=0(2) Cov(xj,u)=0


Eu acho que você pinta uma imagem muito escura sobre a condição média zero. Se houvesse um viés, minimizar a soma dos desvios ao quadrado não seria a coisa mais apropriada a fazer, mas por outro lado, você pode capturar o viés mudando a equação de regressão (absorvendo o viés em ) e, em seguida, você não tem média 0. Em outras palavras, 4 é tanto impossível verificar e fácil de ignorar. β0
— precisa saber é o seguinte

Sinto muito, mas não concordo. Ou talvez eu apenas esteja entendendo mal você? Você poderia eloborar ou dar uma referência.
— Repmat

Não estou falando sobre estimativa intencionalmente distorcida (como regressão de cume), na qual acredito que o OP não estava interessado. Estou falando de um modelo da forma em que --- por algum motivo estranho --- o residual ε tem significativo ct ≠ 0 . Nesse caso, é fácil fazer uma transformação formal em y = α + β 0 + β 1 x 1 + … +y=β0+β1x1+…+βxxn+ϵϵα≠0 , onde a média de η é zero. y=α+β0+β1x1+…+βxxn+ηη
— User3697176

@ user3697176 O que você escreve não está correto. Acabei de publicar uma resposta para explicar o porquê.
— Alecos Papadopoulos

Se a suposição 1 não for atendida, ainda não podemos usar o OLS para estimar a covariância da população (mesmo sabendo que não há relação linear)?
— máximo

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Um comentário em outra pergunta levantou dúvidas sobre a importância da condição , argumentando que ela pode ser corrigida pela inclusão de um termo constante na especificação de regressão e, portanto, "ela pode ser facilmente ignorada".E(u∣X)=0

Isto não é verdade. A inclusão de um termo constante na regressão absorverá a média condicional possivelmente diferente de zero do erro, se assumirmos que essa média condicional já é uma constante e não uma função dos regressores . Esta é a suposição crucial que deve ser feita independentemente de incluirmos um termo constante ou não:

E(u∣X)=const.

Se este detém, em seguida, a média diferente de zero se torna um incômodo que pode simplesmente resolver através da inclusão de um termo constante.

Mas se isso não for válido (ou seja, se a média condicional não for uma constante zero ou não nula ), a inclusão do termo constante não resolverá o problema: o que "absorverá" nesse caso é uma magnitude isso depende da amostra específica e das realizações dos regressores. Na realidade, o coeficiente desconhecido associado à série de unidades não é realmente uma constante, mas variável, dependendo dos regressores através da média condicional não constante do termo de erro.

O que isso implica? Para simplificar, assumir o caso mais simples, em que ( i indexa as observações) mas que E ( u i | x i ) = h ( x i ) . Ou seja, que o termo de erro é de média-independente das variáveis explicativas, exceto de seus queridos contemporâneas (em X nós não incluem uma série de ones).E(ui∣X−i)=0iE(ui∣xi)=h(xi)X

Suponha que especificamos a regressão com a inclusão de um termo constante (um regressor de uma série de um).

y=a+Xβ+ε

e notação de compactação

y=Zγ+ε

onde , Z = [ 1 : X ] , γ = ( um , p ) ' , ε = u - um .a=(a,a,a...)′Z=[1:X]γ=(a,β)′ε=u−a

Então o estimador OLS será

γ^=γ+(Z′Z)−1Z′ε

Para imparcialidade , precisamos de . MasE[ε∣Z]=0

E[εi∣xi]=E[ui−a∣xi]=h(xi)−a

que não pode ser zero para todos os , pois examinamos o caso em que h ( x i ) não é uma função constante. entãoih(xi)

E[ε∣Z]≠0⟹E(γ^)≠γ

e

Se , então mesmo que incluem um termo constante na regressão, os OLS estimador não vai ser imparcial , significando também que o resultado de Gauss-Markov em eficiência é perdidoE(ui∣xi)=h(xi)≠h(xj)=E(uj∣xj) .

Além disso, o termo de erro tem uma média diferente para cada i , e também uma variação diferente (ou seja, é condicionalmente heterocedástico). Portanto, sua distribuição condicional nos regressores difere entre as observações i . εii

Mas isso significa que, mesmo que o termo de erro é assumida normal, então a distribuição do erro de amostragem γ - γ será normal, mas não mormal de média zero, e com viés desconhecido. E a variação será diferente. entãouiγ^−γ

E(ui∣xi)=h(xi)≠h(xj)=E(uj∣xj)

Em outras palavras, as propriedades "amostra finita" desapareceram.

Ficamos apenas com a opção de recorrer a inferência assintoticamente válida , para a qual teremos que fazer suposições adicionais.

Em termos simples, a estrita exogeneidade não pode ser "facilmente ignorada" .


Não tenho muita certeza de entender isso. Não presumir que a média não seja uma função dos regressores equivalente a assumir homoscedasticidade?
— Batman

@Batman A que parte do meu post você está se referindo?
— Alecos Papadopoulos

Quando você diz "A inclusão de um termo constante na regressão absorverá a média condicional possivelmente diferente de zero do termo de erro se assumirmos que essa média condicional já é uma constante e não uma função dos regressores. Essa é a suposição crucial isso deve ser feito independentemente de incluirmos um termo constante ou não ". Não está assumindo que a média condicional não é uma função dos regressores exatamente o que estamos assumindo quando assumimos a homoscedasticidade?
— Batman

E(uj2∣x)E(u∣x)=const.E(u2∣x)=g(x)
— Alecos Papadopoulos
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