大师兄的应用回归分析学习笔记(十):违背基本假设的情况(三)

大师兄的应用回归分析学习笔记(九):违背基本假设的情况(二)
大师兄的应用回归分析学习笔记(十一):违背基本假设的情况(四)

四、自相关性问题及其处理

5. 自相关实例分析
城镇家庭平均每人可支配收入
  • 数据为时间序列数据
  • 因变量y:城镇家庭平均每人全年消费性支出
  • 自变量x:城镇家庭平均每人可支配收入
  • 通过工具计算出DW值为0.283
  • 查DW表,n=23,k=2,显著性水平α=0.05:d_l = 1.26, d_U = 1.44
  • 由于0.283<1.26,可知残差存在正的自相关
残差散点图
  • 从残差图可以看出,残差有明显趋势变动,表明误差项存在自相关
  • 自相关系数\hat\rho= 1-\frac{1}{2}DW = 1 - \frac{1}{2}\times 0.283 = 0.8585,说明存在高度自相关。
5.1 用迭代法消除自相关
  • 计算变换因变量y_t'和变换自变量x_t',结果如下
  • 新残差DW = 1.821
  • 查DW表,n=22,k=2:D_L=1.24,d_U=1.43
  • 由于d_U<1.821<4-d_U,DW值落入无自相关区域
  • 误差项u_t的标准差\hat\delta_u = 86.30873,小于\epsilon_t的标准差\hat\delta=211.07126
  • 消除后的图形如下:


    残差散点图

  • y'_t对x'_t的回归方程为:y'_t = 185.307 + 0.628x_t'
  • y'_t,t'_t代入,原始变量方程为:\hat y_t = 185.307 + 0.8585y_{t-1} + 0.628x_t - 0.53918x_{t-1}
5.2 用一阶差分法消除自相关
  • 首先计算差分\Delta y_t = y_t - y_{t-1},\Delta x_t = x_t - x_{t-1}
  • 然后用\Delta y_t\Delta x_t做过原点的最小二乘回归:
  • 可以看出新回归残差DW = 1.415,查DW表,n=22,k=2,显著显著水平/alpha=0.01d_L=1.00,d_U=1.17
  • 由于d_U<1.415<4-d)_U,DW值落入无自相关区域。
  • 误差项u_t的标准差\hat\delta_u=101.349,小于\epsilin_t的标准差\hat\delta=211.071
  • \Delta y_t\Delta x_t的回归方程为:\Delta y_t = 0.637\Delta x_t
  • 还原原始变量方程:y_t = y_{t-1}+0.636(x_t-x_{t-1})
5.3 预测
  • 第一种方法是以迭代法为例说明回归预测值\hat y_t和残差e'_t的计算方法。
  • 在自相关回归中,回归预测值\hat y_t不是使用估计值\hat\beta_0+\hat\beta_1 x_t计算,而是使用\hat y_t = \hat\beta_0' + \hat\rho y_{t-1}+\hat\beta'_1(x_t-\hat\rho x_{t-1})
  • 计算出\hat y_t后,再用y_t-\hat y_t计算e'_t
  • 例如,预计2013年城镇居民人均收入是x_{24}=26000(元),则用迭代法计算的人均消费额预测值为:
  • y_{24}=185.337 + 0.8585\times16.674.32+0.628x(26000-0.8585\times24564.7)=17584.48(元)
  • 另一种计算\hat y_t的方法是对\hat\beta_0+\hat\beta_1x_t做修正:
  • 在误差项不存在自相关时,实际上就是使用估计值\hat\beta_0+\hat\beta_1x_t作为回归预测值\hat y_t
  • 现在误差项存在自相关\epsilon_t = \rho\epsilon_{t-1}+u_1,需要从残差e_t提取出有用的信息对估计值\hat\beta_0 + \hat\beta_1x_t做修正
  • 其中e_t=y_t-(\hat\beta_0+\hat\beta_1x_t)是误差项\epsilon_t的估计值。
  • \hat\beta_0\hat\beta_1是按照关系式\hat\beta_0=\hat\beta_0'/(1-\hat\rho)\hat\beta_1=\hat\beta_1'根据迭代法的参数估计值推算的,并不是最小二乘估计。
  • 残差e_t也不是普通最小二乘的残差。
  • 计算过程如下:
  • t=1时,取\hat y_1 = \hat\beta_0 + \hat\beta_1x_1,e=y_1-(\hat\beta_0+\hat\beta_1x_1)
  • t>1时,取\hat y_t = \hat\beta_0 + \hat\beta_1x_t+\hat\rho e_{t-1},e_t=y_t-(\hat\beta_0+\hat\beta_1x_t)
  • 例如,预计2013年城镇居民人均收入是x_{24}=26000(元),则用迭代法计算的人均消费额预测值为:
  • \hat\beta_0 = 185.337/(1-0.8585) = 1309.802
  • e_{23} = 16674.32 - (1309.802 + 0.628\times 24.564.7) = -62.1136(元)
  • y_{24}=1309.802 + 0.628\times26000+0.8585\times(-62.1136)=17584.48(元)
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