Jump to content

Модель одновременных уравнений

Модели одновременных уравнений — это тип статистической модели , в которой зависимые переменные являются функциями других зависимых переменных, а не только независимых переменных. [1] Это означает, что некоторые объясняющие переменные определяются совместно с зависимой переменной, которая в экономике обычно является следствием некоторого основного механизма равновесия . Возьмем типичную модель спроса и предложения : хотя обычно объемы предложения и спроса определяются как функция цены, установленной рынком, возможно и обратное, когда производители наблюдают за количеством, которое требуют потребители , и затем установите цену. [2]

Одновременность создает проблемы для оценки интересующих статистических параметров, поскольку нарушается предположение Гаусса-Маркова о строгой экзогенности регрессоров. И хотя было бы естественно оценить все одновременные уравнения одновременно, это часто приводит к вычислительно затратной задаче нелинейной оптимизации даже для самой простой системы линейных уравнений . [3] Эта ситуация побудила к разработке, возглавляемой Комиссией Коулза в 1940-х и 1950-х годах, [4] различных методов, которые последовательно оценивают каждое уравнение в модели, в первую очередь ограниченное максимальное правдоподобие информации и двухэтапный метод наименьших квадратов . [5]

Структурная и уменьшенная форма

[ редактировать ]

Предположим, что имеется m уравнений регрессии вида

где i — номер уравнения, а t = 1,..., T — индекс наблюдения. В этих уравнениях x это k i × вектор экзогенных переменных 1, y зависимая переменная, y −i,t вектор n i × 1 всех других эндогенных переменных, которые входят в i й уравнение в правой части, и u это члены ошибки. Обозначение « -i » указывает, что вектор y -i,t может содержать любой из y , кроме y it (поскольку он уже присутствует в левой части). Коэффициенты регрессии β i и γ i имеют размерность k i × 1 и n i × 1 соответственно. Вертикальное суммирование T наблюдений, соответствующих i й уравнение, мы можем записать каждое уравнение в векторной форме как

где y i и u i векторы T × 1, X i T × k i матрица экзогенных регрессоров , а Y −i матрица эндогенных регрессоров T × n i в правой части i й уравнение. Наконец, мы можем переместить все эндогенные переменные в левую часть и записать m уравнений совместно в векторной форме как

Это представление известно как структурная форма . В этом уравнении Y = [ y 1 y 2 ... y m ] T×m матрица зависимых переменных . Каждая из матриц Y −i фактически является со столбцами n i подматрицей этой Y . Матрица Γ размера m×m , описывающая связь между зависимыми переменными, имеет сложную структуру. На диагонали у него есть единицы, а все остальные элементы каждого столбца i являются либо компонентами вектора −γ i , либо нулями, в зависимости от того, какие столбцы Y вошли в матрицу Y −i . Матрица T×k X содержит все экзогенные регрессоры из всех уравнений, но без повторений (т. е. матрица X должна иметь полный ранг). Таким образом, каждая X i является k i со столбцами подматрицей X . Матрица В имеет размер k×m , и каждый ее столбец состоит из компонент векторов β i и нулей в зависимости от того, какой из регрессоров из X был включен или исключен из X i . Наконец, U = [ u 1 u 2 ... um . ] представляет собой T×m матрицу ошибок размером

После умножения структурного уравнения на Γ  −1 , систему можно записать в сокращенном виде как

Это уже простая общая линейная модель , и ее можно оценить, например, с помощью обычного метода наименьших квадратов . К сожалению, задача декомпозиции оценочной матрицы на отдельные факторы B и Γ  −1 довольно сложен, и поэтому сокращенная форма больше подходит для прогнозирования, а не для вывода.

Предположения

[ редактировать ]

Во-первых, ранг матрицы X экзогенных регрессоров должен быть равен k как в конечных выборках, так и в пределе при T → ∞ (это последнее требование означает, что в пределе выражение должна сходиться к невырожденной k×k- матрице). Матрица Γ также предполагается невырожденной.

Во-вторых, предполагается, что члены ошибок серийно независимы и одинаково распределены . То есть, если т й строка матрицы U обозначается u ( t ) , то последовательность векторов { u ( t ) } должна быть iid, с нулевым средним значением и некоторой ковариационной матрицей Σ (которая неизвестна). В частности, из этого следует, что E[ U ] = 0 и E[ U′U ] = T Σ .

Наконец, для идентификации необходимы предположения.

Идентификация

[ редактировать ]

Условия идентификации требуют, чтобы система линейных уравнений была разрешима относительно неизвестных параметров.

Более конкретно, условие порядка , необходимое условие идентификации, заключается в том, что для каждого уравнения k i + n i ≤ k , которое можно сформулировать как «количество исключенных экзогенных переменных больше или равно количеству включенных эндогенных переменных» .

Условие ранга необходимое и достаточное, состоит в том, что ранг Π i , более сильное условие , 0 равен n i , где Π i 0 представляет собой матрицу ( k − k i n i , которая получается из Π вычеркиванием тех столбцы, соответствующие исключенным эндогенным переменным, и те строки, которые соответствуют включенным экзогенным переменным.

Использование ограничений перекрестных уравнений для достижения идентификации

[ редактировать ]

В моделях одновременных уравнений наиболее распространенным методом достижения идентификации является введение ограничений на параметры внутри уравнения. [6] Тем не менее, идентификация также возможна с использованием ограничений перекрестных уравнений.

Чтобы проиллюстрировать, как ограничения перекрестных уравнений могут использоваться для идентификации, рассмотрим следующий пример из Вулдриджа. [6]

где z не коррелируют с u, а y являются эндогенными переменными. Без дополнительных ограничений первое уравнение не идентифицируется, поскольку не существует исключенной экзогенной переменной. Второе уравнение идентифицируется только в том случае, если δ 13 ≠0 , что считается верным до конца обсуждения.

Теперь мы налагаем ограничение перекрестного уравнения δ 12 = δ 22 . Поскольку второе уравнение идентифицировано, мы можем считать δ 12 известным с целью идентификации. Тогда первое уравнение принимает вид:

Затем мы можем использовать ( z 1 , z 2 , z 3 ) в качестве инструментов для оценки коэффициентов в приведенном выше уравнении, поскольку есть одна эндогенная переменная ( y 2 ) и одна исключенная экзогенная переменная ( z 2 в правой части ). Следовательно, ограничения перекрестных уравнений вместо ограничений внутри уравнений могут обеспечить идентификацию.

Двухэтапный метод наименьших квадратов (2SLS)

[ редактировать ]

Самым простым и распространенным методом оценки модели одновременных уравнений является так называемый двухэтапный метод наименьших квадратов. [7] разработан независимо Тейлом (1953) и Басманом (1957) . [8] [9] [10] Это метод «уравнение за уравнением», при котором эндогенные регрессоры в правой части каждого уравнения дополняются регрессорами X из всех других уравнений. Метод называется «двухэтапным», поскольку он проводит оценку в два этапа: [7]

Шаг 1. Регрессируйте Y −i по X и получите прогнозируемые значения. ;
Шаг 2. Оцените γi обычной , βi . с помощью наименьших квадратов регрессии yi методу по и Х я .

Если я й уравнение в модели записывается как

где Z i - матрица T× ( n i + k i ) как эндогенных, так и экзогенных регрессоров в i й уравнением, а δ i представляет собой ( n i + k i )-мерный вектор коэффициентов регрессии, то 2SLS-оценщик δ i будет иметь вид [7]

где P знак равно Икс ( Икс Икс ) −1 X — матрица проекции на линейное пространство, натянутое на экзогенные регрессоры X .

Косвенные наименьшие квадраты

[ редактировать ]

Косвенный метод наименьших квадратов — это подход в эконометрике , при котором коэффициенты в модели одновременных уравнений оцениваются из сокращенной формы модели с использованием обычного метода наименьших квадратов . [11] [12] Для этого структурную систему уравнений сначала преобразуют в приведенную форму. После оценки коэффициентов модель возвращается в структурную форму.

Максимальная вероятность ограниченной информации (LIML)

[ редактировать ]

Метод максимального правдоподобия «ограниченной информации» был предложен М. А. Гиршиком в 1947 г. [13] и формализовано Т.В. Андерсоном и Х. Рубином в 1949 г. [14] Он используется, когда кто-то заинтересован в оценке одного структурного уравнения за раз (отсюда и название ограниченной информации), скажем, для наблюдения i:

Структурные уравнения для остальных эндогенных переменных Y −i не уточняются и приводятся в сокращенном виде:

Обозначения в этом контексте отличаются от обозначений для простого случая IV . У одного есть:

  • : Эндогенная переменная(и).
  • : Экзогенная переменная(и)
  • : Инструмент(ы) (часто обозначаемый )

Явная формула для LIML: [15]

где M знак равно я - Икс ( Икс Икс ) −1 X , а λ — наименьший характеристический корень матрицы:

где аналогичным образом M i = I − X i ( X i X i ) −1 X я .

Другими словами, λ — наименьшее решение обобщенной проблемы собственных значений , см. Theil (1971 , стр. 503):

Оценщики класса К

[ редактировать ]

LIML — это частный случай оценщиков K-класса: [16]

с:

К этому классу принадлежат несколько оценок:

  • к=0: МНК
  • κ=1:2СЛС. Обратите внимание, что в этом случае обычная проекционная матрица 2SLS
  • k=λ: LIML
  • κ=λ - α/(nK): Фуллера (1977) . оценка [17] Здесь K представляет количество инструментов, n — размер выборки, а α — положительную константу, которую необходимо указать. Значение α=1 даст оценку, которая будет приблизительно несмещенной. [16]

Трехэтапный метод наименьших квадратов (3SLS)

[ редактировать ]

Трехэтапная оценка методом наименьших квадратов была предложена Зеллнером и Тейлом (1962) . [18] [19] Его можно рассматривать как частный случай GMM с несколькими уравнениями , когда набор инструментальных переменных является общим для всех уравнений. [20] Если все регрессоры на самом деле предопределены, то 3SLS сводится к, казалось бы, несвязанным регрессиям (SUR). Таким образом, его также можно рассматривать как комбинацию двухэтапного метода наименьших квадратов (2SLS) с SUR.

Приложения в социальных науках

[ редактировать ]

В разных областях и дисциплинах модели одновременных уравнений применяются к различным наблюдательным явлениям. Эти уравнения применяются, когда предполагается, что явления взаимно причинны. Классический пример – спрос и предложение в экономике . В других дисциплинах есть примеры, такие как оценка кандидатов и идентификация партий. [21] или общественное мнение и социальная политика в политической науке ; [22] [23] дорожные инвестиции и спрос на поездки в географии; [24] а также уровень образования и родительские права в области социологии или демографии . [25] Модель одновременного уравнения требует теории взаимной причинности, которая включает в себя специальные функции, если причинные эффекты должны оцениваться как одновременная обратная связь, а не односторонние «блоки» уравнения, где исследователя интересует причинное влияние X на Y. сохраняя при этом причинное влияние Y на X постоянным или когда исследователь знает точное количество времени, необходимое для проявления каждого причинного эффекта, т. е. продолжительность причинных лагов. Вместо запаздывающих эффектов одновременная обратная связь означает оценку одновременного и постоянного воздействия X и Y друг на друга. Для этого необходима теория, согласно которой причинные эффекты одновременны во времени или настолько сложны, что кажутся действующими одновременно; распространенным примером являются настроения соседей по комнате. [26] Для оценки моделей одновременной обратной связи также необходима теория равновесия – что X и Y находятся в относительно устойчивых состояниях или являются частью системы (общества, рынка, класса), которая находится в относительно стабильном состоянии. [27]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Мартин, Вэнс; Херн, Стэн; Харрис, Дэвид (2013). Эконометрическое моделирование с использованием временных рядов . Издательство Кембриджского университета. п. 159. ИСБН  978-0-521-19660-4 .
  2. ^ Маддала, Г.С.; Лахири, Каджал (2009). Введение в эконометрику (Четвертое изд.). Уайли. стр. 355–357. ISBN  978-0-470-01512-4 .
  3. ^ Квандт, Ричард Э. (1983). «Вычислительные задачи и методы». В Грилихесе, З.; Интрилигатор, доктор медицинских наук (ред.). Справочник по эконометрике . Том. I. Северная Голландия. стр. 699–764. ISBN  0-444-86185-8 .
  4. ^ Христос, Карл Ф. (1994). «Вклад Комиссии Коулза в эконометрику в Чикаго, 1939–1955». Журнал экономической литературы . 32 (1): 30–59. JSTOR   2728422 .
  5. ^ Джонстон, Дж. (1971). «Методы одновременных уравнений: оценка». Эконометрические методы (Второе изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр. 376–423. ISBN  0-07-032679-7 .
  6. ^ Jump up to: а б Вулдридж, Дж. М., Эконометрический анализ перекрестных и панельных данных, MIT Press, Кембридж, Массачусетс.
  7. ^ Jump up to: а б с Грин, Уильям Х. (2002). Эконометрический анализ (5-е изд.). Прентис Холл. стр. 398–99. ISBN  0-13-066189-9 .
  8. ^ Тейл, Х. (1953). Оценка и одновременная корреляция в полных системах уравнений (Меморандум). Центральное плановое бюро. Перепечатано в книге Анри Тейля «Вклад в экономику и эконометрику» (Springer, 1992), дои : 10.1007/978-94-011-2546-8_6 .
  9. ^ Басманн, Р.Л. (1957). «Обобщенный классический метод линейного оценивания коэффициентов структурного уравнения». Эконометрика . 25 (1): 77–83. дои : 10.2307/1907743 . JSTOR   1907743 .
  10. ^ Тейл, Анри (1971). Принципы эконометрики . Нью-Йорк: Джон Уайли.
  11. ^ Парк, СБ. (1974) «О косвенной оценке системы одновременных уравнений методом наименьших квадратов», Канадский статистический журнал / La Revue Canadienne de Statistique , 2 (1), 75–82 JSTOR   3314964
  12. ^ Вайда, С.; Валко, П.; Годфри, КР (1987). «Прямые и косвенные методы наименьших квадратов в оценке параметров в непрерывном времени». Автоматика . 23 (6): 707–718. дои : 10.1016/0005-1098(87)90027-6 .
  13. ^ Первое заявление от Гиршик, Массачусетс; Хаавельмо, Трюгве (1947). «Статистический анализ спроса на продукты питания: примеры одновременной оценки структурных уравнений». Эконометрика . 15 (2): 79–110. дои : 10.2307/1907066 . JSTOR   1907066 .
  14. ^ Андерсон, ТВ; Рубин, Х. (1949). «Оценка параметров одного уравнения в полной системе стохастических уравнений» . Анналы математической статистики . 20 (1): 46–63. дои : 10.1214/aoms/1177730090 . JSTOR   2236803 .
  15. ^ Амемия, Такеши (1985). Продвинутая эконометрика . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета. п. 235 . ISBN  0-674-00560-0 .
  16. ^ Jump up to: а б Дэвидсон, Рассел; Маккиннон, Джеймс Г. (1993). Оценка и вывод в эконометрике . Издательство Оксфордского университета. п. 649. ИСБН  0-19-506011-3 .
  17. ^ Фуллер, Уэйн (1977). «Некоторые свойства модификации оценщика ограниченной информации». Эконометрика . 45 (4): 939–953. дои : 10.2307/1912683 . JSTOR   1912683 .
  18. ^ Зеллнер, Арнольд ; Тейл, Анри (1962). «Трехэтапный метод наименьших квадратов: одновременная оценка одновременных уравнений». Эконометрика . 30 (1): 54–78. дои : 10.2307/1911287 . JSTOR   1911287 .
  19. ^ Кмента, Ян (1986). «Системные методы оценки» . Элементы эконометрики (второе изд.). Нью-Йорк: Макмиллан. стр. 695–701. ISBN  9780023650703 .
  20. ^ Хаяси, Фумио (2000). «GMM с несколькими уравнениями» . Эконометрика . Издательство Принстонского университета. стр. 276–279. ISBN  1400823838 .
  21. ^ Пейдж, Бенджамин И.; Джонс, Кэлвин К. (1 декабря 1979 г.). «Взаимное влияние политических предпочтений, партийной лояльности и голосования». Американский обзор политической науки . 73 (4): 1071–1089. дои : 10.2307/1953990 . ISSN   0003-0554 . JSTOR   1953990 . S2CID   144984371 .
  22. ^ Влезиен, Кристофер (1 января 1995 г.). «Общественность как термостат: динамика предпочтений в расходах». Американский журнал политической науки . 39 (4): 981–1000. дои : 10.2307/2111666 . JSTOR   2111666 .
  23. ^ Брезнау, Нейт (01 июля 2016 г.). «Положительная доходность и равновесие: одновременная обратная связь между общественным мнением и социальной политикой» . Журнал политических исследований . 45 (4): 583–612. дои : 10.1111/psj.12171 . ISSN   1541-0072 .
  24. ^ Се, Ф.; Левинсон, Д. (01 мая 2010 г.). «Как трамваи повлияли на пригородность: анализ причинно-следственных связей Грейнджера в землепользовании и транспорте в городах-побратимах». Журнал экономической географии . 10 (3): 453–470. дои : 10.1093/jeg/lbp031 . hdl : 11299/179996 . ISSN   1468-2702 .
  25. ^ Марини, Маргарет Муни (1 января 1984 г.). «Образовательный уровень женщин и сроки вступления в родительские права». Американский социологический обзор . 49 (4): 491–511. дои : 10.2307/2095464 . JSTOR   2095464 .
  26. ^ Вонг, Чи-Сум; Закон, Кеннет С. (1 января 1999 г.). «Тестирование взаимных отношений с помощью нерекурсивных моделей структурных уравнений с использованием данных поперечного сечения». Организационные методы исследования . 2 (1): 69–87. дои : 10.1177/109442819921005 . ISSN   1094-4281 . S2CID   122284566 .
  27. ^ 2013. «Динамика обратной стрелки: петли обратной связи и формирующее измерение». В «Моделировании структурными уравнениями: второй курс » под редакцией Грегори Р. Хэнкока и Ральфа О. Мюллера, 2-е изд., 41–79. Шарлотта, Северная Каролина: Издательство Information Age

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 955656ffaf50c685b0ffde80175dfeca__1719358500
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/95/ca/955656ffaf50c685b0ffde80175dfeca.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Simultaneous equations model - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)