Файл: Сирл, С. Матричная алгебра в экономике.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 146

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

 

 

Т а б л и ц а 4

 

Дисперсионный

анализ

И сточник

вариации

D . F .

Сумма квадр ато в

Подобранная

модель

2

3 480

Ошибка

 

3

70

Итого

5

3 550

На основе (16), (27) и (28) получим

Я2

3

480

0,98;

 

3

550

 

 

 

 

3 480

 

— = 74,57.

(31)

2(70/3)

7

 

Критическое значение К2,з при 5%-ном уровне существенности рав­ но 9,55, так что нулевая гипотеза о том, что данная модель не содержит информации, должна быть отвергнута при данном уровне существен­

ности. Как показано

в

табл. 2,

функция

а х — а 2 оцениваема, и,

следовательно,

проверяемая гипотеза имеет вид а х — а 2 =

0.

Выра­

зим это как Q'b = 0,

где Q' — вектор,

имеющий ранг s =

1;

Q'

=

[0 1—1

1].

Находим,

 

5

Q'b — 14 и, следовательно,

что Q'GQ = g,

на

основе

(30)

определяем, что

статистика

для проверки

гипотезы

а х = а 2 есть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р =

14 (5/6)~1t4

= 1 176/5 _

0 0 8

 

 

 

 

 

 

1

(70/3)

70/3

 

 

 

 

при одной и трех степенях свободы. При 5%-ном уровне существен­ ности критическое значение F 1S = 10,13; таким образом, гипотеза а х — а 2 = 0 н е может быть отвергнута при данном уровне сущест­ венности.

Другую представляющую интерес гипотезу можно представить следующим образом: а 1 = а 2 — а 3. Это условие можно записать в уравнение (29) в виде Q'b = 0, и на этой основе по формуле (30) подсчитывается К-критерий, как это показано далее. По (20) и (29) имеем

0

1

—1

0~

0

- 14

100

0

1

0 —1_

86

68

 

 

 

 

32

 

302


и

 

0 0

0

О'

 

 

 

 

 

О 1 1 О 0

1

0

О

0

0

5

1

Q'GQ

3

1

1

6

3

О 1 О —1 0

 

 

 

 

 

 

0

1 0 — 1

0

1

4

 

 

 

2

1

0 - 1

 

3

3

 

0

0

0

 

 

 

 

Отсюда при

{Q'GQ)-1

уравнение (30) дает

£

F2,« -[14 081

3

1

3

4

1

 

3

~ 3

ТГ

1

и

т —

5

0

3

6

 

522

74,57.

7

Получено то

же самое значение, что и- в (31), поскольку гипотеза

а г — а 2 = а

3 идентична гипотезе отсутствия модели (помимо модели,

равной средней).

6. СВОДКА РАСЧЕТОВ ПО ЛИНЕЙНОЙ МОДЕЛИ

В предыдущих параграфах было показано, что алгебра линейных моделей, так же как и линейных регрессий, может быть представлена с помощью матричных выражений, полностью пригодных для того, чтобы быть запрограммированными. Далее перечисляются формулы для определения допускающих оценивание функций, их оценки, дис­ персии оценок и соответствующие формулы дисперсионного анализа. Символом b обозначают вектор параметров модели.

Данные

п — число наблюдений;

у— вектор наблюдений;

у— среднее значение наблюдения;

X — матрица

коэффициентов в модели;

г — ранг матрицы X.

 

Оценивание

Х 'Х — матрица

коэффициентов нормальных уравнений Х ’ХЬ =

=Х'У,

Х— вектор сумм (правых сторон) нормальных уравнений;

303


G — любая обобщенная обратная к Х 'Х мат­ рица, удовлетворяющая X'XGX'X

-Л'Л;

ИGX'X.

w’ — вектор

произвольных

элементов;

q'b = w'Hb — оцениваемая функция;

 

q'b = w 'G X 'y — оценка

оцениваемой функции;

var (q'b) q'Gqo2 — дисперсия оценки;

 

сov (q(b, q'^b) =q[Gq2c> — ковариация оценок двух функций;

SSE —у'у Ь'Х'у — сумма

квадратов

ошибок;

o2 = SSE/(n—г) — оценка

дисперсии

ошибки.

Проверка существенности

 

 

SST = у ’у — иг/2 — общая

(скорректированная) сумма

квадратов;

 

 

 

SSM ==Ь'Х’у - т / = ' — сумма

квадратов

линейной модели;

y'XGX'yпу2

квадратов

ошибок;

SSE = SST — SSM — сумма

R 2 = SSM/SST — коэффициент

детерминации;

Fr_l n^r — SSMl(r — 1) о2 -— Е-статистика

полной модели;

Q'b = т — проверяемая

гипотеза

относительно

s линейно-независимых оцениваемых функций;

Fs<n_r = [(Q'bт)’ (Q'GQ)~1(Q'b m)]lso2 —Е-статистика для гипо­ тезы Q'b — т, где Q' имеет ранг s.

7.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вданной главе был приведен пример простейшего типа линейной модели, однако полученные здесь общие результаты в целом распро­ страняются на все линейные модели. Наиболее часто встречается та­ кой тип линейных моделей, который базируется на данных обследо­ вания, где обычно содержится множество группировок (а не одна, как в нашей иллюстрации) и где взаимодействие между группами, принадлежащими к разным группировкам, можно также учесть. Например, с помощью изложенного здесь метода линейных моделей

можно было бы проанализировать данные обследования рынка, в ко­ тором покупатели сгруппированы по возрасту, полу, уровню образо­ вания и получаемому доходу. Сирл [8] рассмотрел еще несколько слу­ чаев и привел пример модели, которая охватывает как обычные рег­ рессионные, так и фиктивные переменные. В этой и во всех других ситуациях, где анализируются данные, которые можно сгруппировать различными путями, непосредственно применимы рассмотренные здесь концепции и процедуры, а именно концепции и методы, которые относятся к выбору функций, допускающих оценки, к их оценкам и

304


к проверке гипотез. Во множестве работ эта проблема излагается с большой подробностью, например в работах Кемпторна [4], Андерсо­ на [1], Шеффе [7] и Грейбилла [2]. Однако ни один из них в явном виде не воспользовался обобщенной обратной матрицей. Дальней­ шее рассмотрение этого подхода можно найти у Рао [6] и Сирла [8]. О том, как эти методы связаны с ковариационным анализом в эконо­ мике, обсуждается в работе Лина и Уайта [5].

Упражнения

1.

Проверьте гипотезу оц —

а 3 для примера,

приведенного в параграфе 4,

если эта гипотеза проверяема.

 

 

Х 'Х матрица,

2.

Покажите,

что

XG X',

где G — обобщенная обратная к

всегда симметрическая,

даже,

если G не является симметрической.

3.

Покажите,

что

если q'b

есть оценимая

функция, то

уравнение (18)

var (q'b) --- q'Gqa2 будет единственным для любой матрицы G независимо от того, симметрическая она или нет.

4. Рассмотрите следующую таблицу, элементы которой характеризуют

сбыт трех видов продукции при двух стратегиях

рекламы:

 

 

 

К оличество ( ш т . )

 

 

с тр атеги я 1

с т р ат е ги я 2

ИТО ГО

Продукт 1

Уи

Ун

 

У1-

Продукт 2

Ун

У 2

 

Уг-

Продукт 3

У3 1

У32

 

Уз-

Итого

У-1

У-2

 

у. .

а) Напишите уравнение линейной модели для этой ситуации.

б) Пусть наблюдения выражены в матричной форме у =

ХЬ + е.

Дайте развернутую запись для X и Ъ и получите Х 'у и Х 'Х .

в) Получите

симметрическую

обобщенную

обратную к

Х 'Х матрицу G

и рассчитайте Н — GX'X.

 

 

 

г) Найдите общую систему оценимых функций.

 

5. Продолжение упражнения

4:

 

 

а) определите в общем виде единственные, несмещенные оценки, которые

были получены в

требовании 2 упражнения 4;

 

 

б) допустим, необходимо проверить гипотезу о том, что нет существенной разницы между сбытом продукта 1 и сбытом продукта 2. Проверяема ли такая гипотеза (иными словами, можете ли вы найти допускающую оценку функции, представляющую эту гипотезу)?

в) сколько имеется линейно-независимых допускающих оценку функций? Почему?

6 . Подходы регрессионного анализа и регрессии, использующей фиктивные переменные, можно скомбинировать. Рассмотрите следующие данные:

С тр атеги я

П р о д у к т

J

Сбыт У ц

Сбыт в п р еды ду ­

рекламы

 

щем го д у Х ц

 

 

 

1

1

 

8

1

1

2

 

3

2

1

3

 

7

1

2

1

 

5

3

2

2

 

4

2

3 0 5


а) Напишите выражения для X и 6 уравнения у = ХЬ + е с помощью мо­ дели у и = р, + а г + Рл:г;- + <?,;•

б) Получите симметрическую обобщенную обратную к А'Л' матрицу и под­ считайте Н GX' X.

в) Найдите общую систему оценимых функций. 7. Продолжение упражнения 6 :

а) определите систему единственных несмещенных оценок функций, полу­ ченных в требовании в упражнения 6 ;

б)

какова оценка а х — ос2?

в)

найдите дисперсию этой оценки;

г )

подсчитайте обычную оценку G.

8 .

Если G симметрическая обобщенная обратная к Х 'Х матрица, удовлет­

воряющая первые два из четырех условий Пенроуза (см. параграф 3 главы VII), и если

а = GX’y ; s = Ха)' (у Ха)

и

b = а — GQ (Q'GQ)-12345678(Q'a т),

покажите, что:

а) s = у'у — а'Х'у,

б) Q'b = т.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.A n d e r s o n Т. W. (1958). Introduction to Multivariate Statistical Ana­

lysis. Wiley, New York. (Имеется русский перевод:

А н д е р с о н Т.

Введение

в многомерный

статистический

анализ.

М., Физматгиз, 1963.)

 

 

 

2.

G г а у b i 1 1

F.

А.

(1961). An

Introduction to Linear Statistical Models.

Vol. I, McGraw-Hill, New York.

 

F.

and

B r o w n S .

E.

(1961).

3.

H e n d e r s o n

 

P.

L., H i n d J.

Sales effects of two campaign themes. Journal

of,

Advertising

Research, 1,

2— 11.

4.

K e m p t h o r n e

O.

 

(1952). Design and Analysis of. Experiments. Wiley,

New York.

Chi — Yuan and

W h i t e

W.

L.

(1968). Four procedures for tes­

5.

L i n

ting linear hypotheses. Industrial Management

Review (M. I. T.), 10, 13—30.

6 .

R а о

C.

R.

(1965). Linear Statistical Inference and its Applications. Wiley,

New

York.

(Имеется

русский перевод: P а о С.

P.

Линейные

статистические

модели и их применение. М., «Наука»,

1968.)

of

Variance.

Wiley,

New York.

7.

S c h e f f e

Н.

(1959).

The Analysis

(Имеется русский

перевод:

Ш е ф ф е

Г.

Дисперсионный

анализ.

М., Фи­

зматгиз, 1963.)

 

 

R.

(1966). Matrix Algebra for the Biological

Sciences. Wiley,

8 . S е а г 1 е S.

New York.