空间分析原理与应用：第五章 空间回归分析

5.2.2 总体回归函数
例子：不同家庭收入水平下的学生数学SAT成绩
家庭年收入与数学S.A.T分数
总体回归函数PRF
E(Y | X i ) B1 B2 X i
(2-1)
Y的条件期望，可简写为E(Y)
B1和B2是参数(parameters)，也称回归系数 (regression coefficients)。
ui
.....................
ui
ui
uj
.............................
uj
.
. . ..
........................
uj
a)
b)
c)
无自相关假定表明随机扰动项ui是纯随机的。
• 自相关的性质：
自相关：在时间（如在时间序列数据中）或者空间 （如在横截面数据中）按顺序所列观察值序列
假定3.3 给定Xi，随机扰动项的期望为零。即
Eu | X i 0
假定3.4 同方差假定，即
Varui 2
假定3.5 无自相关假定，即
cov
u i
,u
j
0
i j
假定3.6 回归模型是正确设定的。即实证分析的
模型不存在设定误差或设定错误。
扰动项的条件分布
同方差和异方差的对比
自相关
例如：中国的国内生产总值与印度的人口之间具 有较强的相关性（相关系数较高），因为二者都以较 快的速度增长，但显然二者之间不具有因果关系。
回归分析的应用
（1）通过已知变量的值来估计应变量的均值 （2）根据经济理论建立适当的假设并对其进行检 验 （3）根据自变量的值对应变量的均值进行预测 （4）上述多个目标的综合
E(Y ) B1 B2 Xi 2
E(Y ) B1 B2 1 Xi
2. 参数线性
非线性举例：
E(Y
)
B1
B2 2
Xi
5.2.7 参数估计：普通最小二乘法
普通最小二乘法(OLS)
最小二乘原理
总体回归方程： Yi B1 B2 Xi ui 样本回归函数： Yi b1 b2 Xi ei
因而 ei Yi Yˆi Yi b1 b2 Xi
来自表2-1总体的两个随机样本
两个独立样本的回归线
总体回归线与样本回归线
Y
.Y1
需 求 量
. e1
u1
Yˆi b1 b2 Xi
.Yˆ1
EY | X B1 B2 Xi
A
..un Yn . en
Yˆn
0
X1 价格
Xn
X
5.2.6 “线性”回归的特殊含义
解释变量线性与参数线性
1. 解释变量线性 非线性举例：
的各数据间存在着相关。或者简单说，序列自 身前后期数据间存在相关性，称为自相关。
总体回归函数PRF E(Y | X i ) B1 B2 X i (2-1)
随机总体回归方程(stochastic PRF)
Yi B1 B2 X i ui
(2-2)
如何估计总体回归函数，即求参数B1、B2呢？
如果已知整个总体的数据，如上例，问题就比较简单， 但在实际中，我们往往不能得到整个总体的数据，只有 来自总体的某一个样本数据，我们该怎么做？
Yi B1 B2 X i ui
(2-2)
ui表示随机误差项(random error term)，简称误差项。
5.2.4 随机误差项的性质
（1）在解释变量中被忽略的因素的影响； （2）变量观测值的观测误差的影响； （3）其它随机因素的影响包括人类行为中的一些 内在随机性；
5.2.5 样本回归函数
第五章 空间回归分析
5.1 一个回归例子
人均国内生成总值（GDP）与民主水平的关系 民主水平采用POLITY指数，它将国家按照一系列制度 标准划分成不同的类型。-10代表最不民主的社会，10代表 最民主的社会。
2002年世界各 国民主水平 与GDP
民主水平
人均GDP
回归方程：
POLITYscore 0 1 ln GDPpercapita
最小二乘原理就是选择合适参数使得全部观察值的残差平 方和(RSS)最小，数学形式为：
min{
ei2} min{
(Yi
Yˆi
2
)
}
min{ Yi b1 b2 Xi 2} (2-11)
普通最小二乘法就是寻找使RSS达到最小时的参数 作为参数估计值的一种方法。
利用极值原理可以得到：
正规方程
例如研究商品的需求量与该商品的价格、消费者 的收入以及其他同类商品的价格之间的关系。
通常我们用Y表示应变量，用X表示自变量。
回归分析是用来处理一个应变量与另一个或多个 自变量的关系，但它并不一定表明因果关系的存在。 两个变量是否存在因果关系，哪一个是应变量，哪一 个是自变量是由正确的理论决定的。
需要注意的是具有因果关系的变量之间一定具有 数学上的相关关系，而具有相关关系的变量之间并不 一定具有因果关系。
B1又称为截距(intercept)，B2又称为斜率(slope)。 斜率度量了X每变动一个单位，Y的条件均值的变化率。
注意：回归分析是条件回归分析(conditional regression analysis)。
5.2.3 总体回归函数的统计或随机设定
随机总体回归方程(stochastic PRF)
Yi nb1 b2 X i
YiXi b1
Xi b2
X
2 i
求解得到： b1 Y b2 X
b2
xiyi xi2
Xi X Yi Y Xi X 2
(2-12)
2 i
nX
2
(2-15)
5.2.8 经典线性回归模型的假定（CLRM）
OLS估计结果:
空间相关的探测
5.2 回归分析方法回顾
5.2.1 回归的含义
回归分析是用来研究一个变量（称之为被解释变 量explained variable 或应变量 dependent variable）与 另一个或多个变量（称之为解释变量 explanatory variable 或自变量 independent variable）之间关系的 一种分析方法。
满足如下基本假定的线性回归模型称为古典线性回归模 型(Classical Linear Regression Model, CLRM)。
基本假定：
假定3.1 回归模型是参数线性的，但不一定是变量线性的。模
型形式如下：
Yi
B1
B2 X i
u i
假定3.2 解释变量X与随机扰动项u不相关。（X是确定性变量 时自然成立。）