简单线性回归中回归系数的导数方差


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在简单的线性回归,我们有y=β0+β1x+u,其中u∼iidN(0,σ2)。我导出的估计:

β1^=∑i(xi−x¯)(yi−y¯)∑i(xi−x¯)2 ,
其中x¯和y¯是的样本均值x和y。

现在,我想找到的方差β 1。我衍生像下面这样: 无功(^ β 1)= σ 2(1 - 1β^1

Var(β1^)=σ2(1−1n)∑i(xi−x¯)2 .

推导如下:

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∑i(xi−x¯)2+∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))=1(∑i(xi−x¯)2)2Var(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn))=1(∑i(xi−x¯)2)2×E[(∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)−E[∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)]⏟=0)2]=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=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2E(ui−∑jujn)2=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2(E(ui2)−2×E(ui×(∑jujn))+E(∑jujn)2)=1(∑i(xi−x¯)2)2∑i(xi−x¯)2(σ2−2nσ2+σ2n)=σ2∑i(xi−x¯)2(1−1n)

我在这里做错了吗?

Var(β1^)=σ2∑i(xi−x¯)2


2
1−1n=n−1n

通用答案也已发布在stats.stackexchange.com/questions/91750的重复线程中。
— ub

Answers:


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∑i(xi−x¯)(yi−y¯)yiy¯iy¯

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

因此

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

和

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

这是您想要的结果。


附带说明,我花了很长时间试图找出您的推导中的错误。最后,我认为谨慎是勇气的重要部分,最好尝试使用更简单的方法。但是根据记录,我不确定这一步骤是否合理

=.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
∑jujn

∑juj^=0u^¯=∑iuin=0u^¯=y¯−y^¯=0y¯=y^¯∑jujn

好的,在您的问题中,重点是避免矩阵符号。
— TooTone 2014年

是的,因为我能够使用矩阵表示法解决它。请注意,从我的最后一条评论中,我没有使用任何线性代数。无论如何,感谢您的出色回答^。^
— mynameisJEFF 2014年

抱歉,我们在这里互通有无吗?我也没有在答案中使用任何矩阵符号,并且我以为那是您在问题中提出的问题。
— TooTone 2014年

抱歉误会了哈哈...
— mynameisJEFF 2014年

2

∑i(xi−x¯)(ui−∑jujn)E[(∑iaibi)2]ai=xi−x¯;bi=ui−∑jujnE[∑i,jaiajbibj]=∑i,jaiajE[bibj]E[bibj]=σ2(δij−1n)E[∑i,jaiajbibj]=∑i,jaiajσ2(δij−1n)=∑iai2σ2∑iai=0


1

从“派生如下”开始:“第七个” =错误。

因为

∑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

因此,在第7个“ =”之后,应该是:

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)uiujE(uiuj)=0

= 1(∑i(xi−x¯)2)2(∑i(xi−x¯)2E(ui2))

σ2(∑i(xi−x¯)2)2


1
如果您编辑答案以包括正确的行,可能会有所帮助。
— mdewey

您的答案很短,因此会自动将其标记为低质量。请考虑扩大答案范围
— Glen_b
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