证明非线性最小二乘估计的渐近正态性


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我们的模型是,其中,而是的非线性函数。Y=X(β0)+uu∼IID(0,σ02I)X(β)

当尝试最小化我们得到以下FOC:SSR(β)

∇X(β)T(Y−X(β))=0,其中是渐变。∇X(β)

好吧,FOC等效于。n(−1/2)(∇X(β)T(X(β0)+u−X(β))=0

如果我们将一阶泰勒展开到每个部件的,我们得到,其中是连接和线段中的一个点。对于我们所做的每个taylor扩展,这一点可能有所不同,这就是为什么将其索引为的原因。Xt(β)X(β)Xt(β)=Xt(β0)+∇X(β¯(t))T(β−β0)β¯(t)ββ0Ť

在FOC中插入taylor扩展: ,其中\ nabla \ bar X是具有\ nabla X(\ bar \ beta _ {{i)})作为第i列的矩阵。∇ ˉ X ∇ X (ˉ β(我))ñ(-1个/2)(∇X(β)Ť(ü-∇X¯Ť(β-β0))=0∇X¯∇X(β¯(一世))

以上所有计算是否正确?我之所以这么问,是因为在本书的第225页中,作者声明我们应该获得带有X(\ beta)的二阶导数的项X(β)……我不明白为什么这样。

任何帮助,将不胜感激

Answers:


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看来您要做的不是泰勒展开,而是平均值定理的一种应用(应该如此)。如果是泰勒展开式,则除余数外,必须在处评估梯度。使用平均值定理,就没有余数,您可以在始终位于和之间的处评估梯度。 ˉ ββ0β¯βββ^

关于二阶导数/ Hessian问题,正式地说,它们/它仅“暂时”出现在非线性最小二乘估计量的渐近正态性的推导中,但它们渐近消失(而在最大似然估计量中,Hessian保持不变那里)。

除此之外,我们要最小化残差平方和,因此,用索引观察值,并使用更简单的表示法(您必须将其调整为矢量矩阵表示法),然后着手将 wr到向量,以获得。因此,您的FOC是(抑制回归变量并将索引传递给函数)Σ 我 [ ù 我(β )] 2 = Σ 我 [ ÿ 我 - ħ (X我,β )] 2 β β我ħ一世∑一世[ü一世(β)]2=∑一世[ÿ一世-H(X一世,β)]2ββ^一世H

β^:∑一世∂∂β[ÿ一世-H一世(β)]2=0⟹∑一世2[ÿ一世-H一世(β^)]∂H一世(β^)∂β=0,

忽略“ ”并将平均值定理应用于整个表达式 以得到2

∑一世[ÿ一世-H一世(β)]∂H一世(β^)∂β=∑一世[ÿ一世-H一世(β0)]∂H一世(β0)∂β+(β^-β)∑一世[-∂H一世(β¯)∂β∂H一世(β¯)∂β+[ÿ一世-H一世(β¯)]∂2H一世(β¯)∂β2]=0

请注意,,这是真正的错误,除以,然后乘以,然后允许重新排列以得到 1 / Ñ √ÿ一世-H一世(β0)=ü一世1个/ññ

ñ(β^-β)=-(1个ñ∑一世[-∂H一世(β¯)∂β∂H一世(β¯)∂β]+1个ñ∑一世[[ÿ一世-H一世(β¯)]∂2H一世(β¯)∂β2])-1个⋅(1个ñ∑一世ü一世∂H一世(β0)∂β)

现在,我们考虑渐近正态性,给出的一致性成立, 。由于夹在和,因此也是如此。这意味着 ˉ β β β0 ˉ β p →交通 β0β^→pβ0β¯β^β0β¯→pβ0

1个ñ∑一世[[ÿ一世-H一世(β¯)]∂2H一世(β¯)∂β2]→p1个ñ∑一世[[ÿ一世-H一世(β0)]∂2H一世(β0)∂β2]=1个ñ∑一世[Ë(ü一世)Ë∂2H一世(β0)∂β2]=0

因为。Ë(ü一世)=0

因此,这个词渐近消失,剩下的就是(取消负数)

ñ(β^-β)→d(lim1个ñ∑一世[∂H一世(β0)∂β∂H一世(β0)∂β])-1个⋅(1个ñ∑一世ü一世∂H一世(β0)∂β)

您必须假设第一个总和收敛到正定的某个值,而第二个总和收敛于一个正态随机变量的分布,并且您确实做了这些假设(或更深层次的假设导致了这些假设)。我没有您提到的具体书,但是您可以将以上内容与Davidson&McKinnon的“计量经济学理论与方法”(2004)ch进行比较。6,约当量。。 (6.30)


非常感谢您的回答Alecos。它起到了很大的作用。;)
— 一位老人在海中。

Alecos,您介意检查我下面的答案是否正确吗?也许我可以使用一个更有用的表示法。如果需要,请随时对其进行编辑。;)
— 一位老人在海中。

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基于Alecos Papadopoulos的答案,我要发布一个矩阵表示的答案。我将对表示法进行一些更改,以使其更易于理解。

FOC为。这在提供了一个函数,其中是 ×的矩阵,元素为。β d X(β )Ñ × ķ ∂ X ÑdX(β)Ť(ÿ-X(β))=0βdX(β)ñ×ķ∂Xñ∂βķ(β)

因此,将泰勒展开式(一阶)/均值定理应用于等式的LHS的每个分量,我们得到

dX(β0)Ťü+[HX(β¯)-dX(β¯)ŤdX(β¯)](β^-β0)=0                                    (一种)

其中表示矩阵,每个元素为,其中。类似地,是的Gramian矩阵,用个元素。ķ × ķ ħ 我Ĵ(ˉ β我)[ Ý - X(ˉ β我)] ħ 我Ĵ(ˉ β我)= [ ∂ 2 X 1HX(β¯)ķ×ķH一世Ĵ(β¯一世)[ÿ-X(β¯一世)]dX(ˉβ)ŤdX(ˉβ)dX(ˉβ)我ĴΣÑ升∂X升Hij(β¯i)=[∂2x1∂βj∂βi(β¯i)…∂2xn∂βj∂βi(β¯i)]Dx(β¯)TDx(β¯)Dx(β¯)ij∑ln∂xl∂βj(β¯i)∂xl∂βi(β¯i)

从(a)中,。n12(β^−β0)=−(1nHx(β¯)−1nDx(β¯)TDx(β¯))−1n−12Dx(β0)Tu

从非线性模型中我们知道ñ-1个2dX(β0)Ťü=ñ-1个2∑一世ñü一世dX一世(β0)Ť→dñ(Ë(ü一世dX一世(β0)Ť)⏟=0,林1个/ñ∑Ë(ü一世2dX一世(β0)dX一世(β0)Ť)⏟σ02小号d0Ťd0)

通过CLT。

由于我们知道,所以我们有。1β¯→pβ01个ñHX(β¯)→p[1个ñ∑Ë((ÿ一世-X一世β0)⏟=ü一世∂2X1个∂βĴ∂β一世(β0))⏟=0]ķ×ķ=0

类似地,我们有。1个ñdX(β¯)ŤdX(β¯)→p小号d0Ťd0

因此,我们可以得出以下结论:。ñ1个2(β^-β0)→pñ(0,σ02小号d0Ťd0-1个)


看起来不错,渐近方差取决于误差是同方差的,并且当然不是自相关的。
— Alecos Papadopoulos

抓住了机会,请考虑对您认为有帮助的答案(绿色标记除外)进行投票。我认为与该网站相关的各种统计信息仅考虑投票而没有考虑绿色标记。
— Alecos Papadopoulos

@AlecosPapadopoulos完成!并感谢您的审查。;)
— 一位老人在海中。
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