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      相依誤差線性模型中的主成分s-K估計(jì)

      2015-08-16 09:20:35何道江
      關(guān)鍵詞:估計(jì)量共線性均方

      周 玲,何道江

      (安徽師范大學(xué) 數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,安徽 蕪湖 241003)

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      相依誤差線性模型中的主成分s-K估計(jì)

      周 玲,何道江

      (安徽師范大學(xué) 數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,安徽 蕪湖 241003)

      為同時(shí)克服線性回歸模型的自相關(guān)性和回歸變量間的復(fù)共線性,通過融合主成分回歸估計(jì)和s-K估計(jì),提出一類新估計(jì),稱為主成分s-K估計(jì);并在均方誤差陣意義下,得到了這類估計(jì)分別優(yōu)于廣義最小二乘估計(jì)、主成分估計(jì)、r-k和s-K估計(jì)的充要條件.Monto Carlo數(shù)值模擬表明,新估計(jì)是一種同時(shí)克服自相關(guān)性和復(fù)共線性的有效方法.

      自相關(guān)性;復(fù)共線性;主成分回歸估計(jì);s-K估計(jì);均方誤差陣

      為了克服統(tǒng)計(jì)學(xué)中線性模型的復(fù)共線性問題,常用的方法是使用有偏估計(jì).如Stein估計(jì)[1]、主成分回歸(PCR)估計(jì)[2]、普通嶺(ORR)估計(jì)[3]、Liu估計(jì)[4]和s-K估計(jì)[5]等.此外,融合兩種不同估計(jì)可能會保留這兩種估計(jì)的優(yōu)點(diǎn).Baye等[6]將PCR估計(jì)與ORR估計(jì)融合,提出了r-k估計(jì);Chang等[7]將PCR估計(jì)與兩參數(shù)估計(jì)[8]融合,提出了主成分兩參數(shù)估計(jì)(PCTP).為了克服模型中自相關(guān)的影響,Aitken[9]運(yùn)用OLS技術(shù)引入了廣義最小二乘(GLS)估計(jì);吳燕等[10]基于模型的參數(shù)信息提出了一類新的s-K估計(jì).但此時(shí)模型中的復(fù)共線性可能仍然存在,進(jìn)而GLS估計(jì)由于具有很大的方差而給出不可靠的估計(jì).目前,同時(shí)解決自相關(guān)和復(fù)共線性問題的研究已有許多結(jié)果[11-17].本文為同時(shí)克服自相關(guān)誤差和復(fù)共線性問題,通過融合PCR估計(jì)和s-K估計(jì),提出一類新的估計(jì),稱為主成分s-K估計(jì),并進(jìn)一步考察新估計(jì)相對于這些現(xiàn)有估計(jì)的優(yōu)良性.

      1 新估計(jì)量的定義

      考慮如下線性回歸模型:

      (1)

      其中:Y是n×1維可觀測隨機(jī)向量;X是n×p維列滿秩陣;β是p×1維未知參數(shù)向量;ε是n×1維誤差向量;V是一個(gè)已知的n×n階正定矩陣.于是,存在一個(gè)n×n階非奇異陣P,使得P′P=V-1.用P左乘式(1),則模型(1)可寫成

      (2)

      記Y*=PY,X*=PX,ε*=Pε,則式(2)可表達(dá)為

      (3)

      式(3)即為轉(zhuǎn)換模型[11].

      Λr=diag(λ1,λ2,…,λr),Λp-r=diag(λr+1,λr+2,…,λp).

      對于轉(zhuǎn)換模型,由文獻(xiàn)[18]可知,r-k估計(jì)[6]可寫為

      (4)

      (5)

      其中k≥0和0

      (6)

      將X*和Y*分別代換成X和Y的關(guān)系式,則模型(1)的s-K估計(jì)可寫成

      (7)

      其中:s≥1;K=diag(k1,k2,…,kp),且ki≥0,i=1,2,…,p.

      下面給出β的一個(gè)新估計(jì),它由PCR估計(jì)和s-K估計(jì)融合而成,形式如下:

      (8)

      (9)

      (10)

      (11)

      (12)

      2 新估計(jì)量在均方誤差陣意義下的優(yōu)良性

      (13)

      (14)

      (15)

      (16)

      (17)

      (18)

      (19)

      (20)

      (21)

      證明:由式(14),(15)得

      (22)

      且C可寫為

      (23)

      因此,有

      (24)

      (25)

      等價(jià)于式(21).證畢.

      在式(21)中,取r=p,可得:

      (26)

      (27)

      此為文獻(xiàn)[16]的結(jié)論.

      (28)

      此為文獻(xiàn)[11]的結(jié)論.

      這里(U?v)是一個(gè)酉矩陣(U可能不存在),Δ是一個(gè)正定對角陣(當(dāng)U存在時(shí)才出現(xiàn)),且λ是一個(gè)正數(shù).進(jìn)一步,條件1)~3)均不依賴于廣義逆D-∈G(D)的選擇.

      (29)

      有時(shí)候也會想,其實(shí)現(xiàn)實(shí)世界并不是全然美好的,而是曲折、復(fù)雜的,要不要把這樣的面貌如實(shí)呈現(xiàn)在小人兒面前呢?可就好像蓋樓房,首先要做的是打地基,你可以說樓房是高高地往上去蓋的,可是地基卻得深深地向下去打啊!2歲多的孩子,還處于主要是模仿、重復(fù)大人的語言,而自己的思考能力才剛剛起步的階段,我選擇先用那些光明、美好、積極的材料為他打下地基,為他將來面對世界的復(fù)雜性準(zhǔn)備下基本的心理和情感資源。

      (30)

      另一方面,

      因此,充分條件化為

      類似地,可得:

      3 數(shù)值模擬

      為了進(jìn)一步考察所提估計(jì)類的均方誤差,下面進(jìn)行Monte Carlo數(shù)值模擬.設(shè)計(jì)矩陣X=(xij)n×p由下式給出:

      (31)

      其中ωij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,p+1)是獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偽隨機(jī)數(shù),且γ是給定的數(shù),γ2表示任意兩個(gè)解釋變量之間的相關(guān)系數(shù).響應(yīng)變量由下式給出:

      (32)

      這里ε=(ε1,ε2,…,εn)′是均值為0、協(xié)方差陣為σ2V的正態(tài)隨機(jī)變量.

      (33)

      分別取ρ=0.5,0.8.與文獻(xiàn)[12,16]一致,取β的真實(shí)值為X′V-1X最大特征值所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量.此外,取s=1.01,1.001.為方便,K=diag(k1,k2,k3,k4,k5)分別取為A1,A2,A3,B1,B2,B3,其中:

      A1=diag(0.1,0.1,0.1,0.1,0.1);A2=diag(0.1,0.1,1,1,1);A3=diag(0.1,1,1,1,1);

      B1=diag(1.5,1.5,1.5,1.5,1.5);B2=diag(1.5,1.5,15,15,15);B3=diag(1.5,15,15,15,15).

      表1 當(dāng)s=1.01,ρ=0.5,k=0.1時(shí)各估計(jì)的均方誤差Table 1 Estimated MSE values with s=1.01,ρ=0.5,k=0.1

      表2 當(dāng)s=1.01,ρ=0.5,k=1.5時(shí)各估計(jì)的均方誤差Table 2 Estimated MSE values with s=1.01,ρ=0.5,k=1.5

      表3 當(dāng)s=1.01,ρ=0.8,k=0.1時(shí)各估計(jì)的均方誤差Table 3 Estimated MSE values with s=1.01,ρ=0.8,k=0.1

      表4 當(dāng)s=1.01,ρ=0.8,k=1.5時(shí)各估計(jì)的均方誤差Table 4 Estimated MSE values with s=1.01,ρ=0.8,k=1.5

      表5 當(dāng)s=1.001,ρ=0.5,k=0.1時(shí)各估計(jì)的均方誤差Table 5 Estimated MSE values with s=1.001,ρ=0.5,k=0.1

      表6 當(dāng)s=1.001,ρ=0.5,k=1.5時(shí)各估計(jì)的均方誤差Table 6 Estimated MSE values with s=1.001,ρ=0.5,k=1.5

      表7 當(dāng)s=1.001,ρ=0.8,k=0.1時(shí)各估計(jì)的均方誤差Table 7 Estimated MSE values with s=1.001,ρ=0.8,k=0.1

      表8 當(dāng)s=1.001,ρ=0.8,k=1.5時(shí)各估計(jì)的均方誤差Table 8 Estimated MSE values with s=1.001,ρ=0.8,k=1.5

      綜上,本文提出了一個(gè)新的估計(jì)量同時(shí)克服模型的自相關(guān)性和復(fù)共線性.在均方誤差陣意義下,比較了新估計(jì)量與GLS,PCR,r-k和s-K估計(jì)量,并給出了新估計(jì)量優(yōu)于其他估計(jì)量的條件.數(shù)值模擬表明,新估計(jì)是一種同時(shí)克服自相關(guān)性和復(fù)共線性的有效方法.

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      [5] 許瑩,何道江.混合系數(shù)線性模型參數(shù)的一類新估計(jì) [J].數(shù)學(xué)物理學(xué)報(bào),2013,33A(4):702-708.(XU Ying,HE Daojiang.A New Class of Estimators for Coefficients in Mixed Effect Linear Model [J].Acta Mathematica Scientia,2013,33A(4):702-708.)

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      [8] YANG Hu,CHANG Xinfeng.A New Two-Parameter Estimator in Linear Regression [J].Communications in Statistics:Theory and Methods,2010,39(6):923-934.

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      (責(zé)任編輯:趙立芹)

      PrincipalComponentss-KClassEstimatorintheLinearModelwithCorrelatedErrors

      ZHOU Ling,HE Daojiang

      (SchoolofMathematicsandComputerScience,AnhuiNormalUniversity,Wuhu241003,AnhuiProvince,China)

      To combat autocorrelation in errors and multicollinearity among the regressors in linear regression model,we proposed a new estimator by combining the principal components regression (PCR)estimator and thes-Kestimator.Then necessary and sufficient conditions for the superiority of the new estimator over the GLS,the PCR,ther-kand thes-Kestimators were derived by the mean squared error matrix criterion.Finally,a Monte Carlo simulation study was carried out to investigate the performance of the proposed estimator.

      autocorrelation;multicollinearity;principal components regression estimator;s-Kestimator;mean squared error matrix

      10.13413/j.cnki.jdxblxb.2015.03.17

      2014-07-16.

      周 玲(1989—),女,漢族,碩士研究生,從事數(shù)理統(tǒng)計(jì)的研究,E-mail:lingzhou1989@163.com.通信作者:何道江(1980—),男,漢族,博士,教授,從事數(shù)理統(tǒng)計(jì)的研究,E-mail:djheahnu@163.com.

      安徽省自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號:1308085QA13).

      O212.2

      :A

      :1671-5489(2015)03-0444-07

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