Основные теоретические сведения. Практикум по эконометрике в среде EXCEL

Практикум по эконометрике в среде EXCEL

Учебное пособие

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ……………………………………………………………………… 5

Глава I. Парная линейная регрессия…………………………………………. 6

1.1. Основные теоретические сведения ..................................................... 6

1.2. Реализация задания на компьютере с помощью ППП Excel ……... 9

1.3. Контрольные задания ………………………………………..………. 17

Вопросы для подготовки к защите индивидуального задания ……….... 31

Глава II. Множественная линейная регрессия……………………………… 32

2.1. Основные теоретические сведения ………………………………... 32

2.2. Реализация задания на компьютере с помощью ППП Excel ……… 36

2.3. Контрольные задания ……………………………………………….. 41

Вопросы для подготовки к защите индивидуального задания ………… 58

Глава III. Нелинейная регрессия……………………………………………….. 60

3.1. Основные теоретические сведения ………………………………… 60

3.2. Реализация задания на компьютере с помощью ППП Excel ……… 62

Вопросы для подготовки к защите индивидуального задания ………… 68

Глава IV. Нарушение предпосылок МНК и их корректировка…………… 69

4.1. Основные теоретические сведения ………………………………... 69

4.1.1. Гетероскедастичность ……………………………………….... 69

4.1.2. Автокорреляция ……………………………………………….. 73

4.1.3. Мультиколлинеарность ………………………………………. 74

4.2. Реализация задания на компьютере с помощью ППП Excel …….... 76

4.2.1. Проверка наличия гетероскедастичности …………………… 77

4.2.2. Проверка наличия мультиколлинеарности …………………. 80

4.2.3. Проверка наличия автокорреляции …………………………. 82

Вопросы для подготовки к защите индивидуального задания ………... 83

Глава V. Временные ряды……………………..……………………………….. 84

5.1. Основные теоретические сведения ………………………………... 84

5.1.1. Основные понятия и определения …………………………… 84

5.1.2. Этапы построения прогноза по временным рядам …………. 85

5.2. Реализация задания на компьютере с помощью ППП Excel ……… 91

5.3. Контрольные задания ………………………………………………... 104

Вопросы для подготовки к защите индивидуального задания ………… 120

Литература ………………………………………………………………………... 121

Приложения ………………………………………………………………………. 122

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное учебное пособие посвящено основам эконометрического моделирования и предназначено для развития у студентов практических навыков решения конкретных экономических и финансовых задач с использованием компьютерных технологий. Под эконометрическим моделированием понимается процесс построения, изучения и применения эконометрических моделей.

Учебное пособие состоит из пяти глав, в которых рассматриваются вопросы линейного регрессионного моделирования (парная и множественная регрессия), нелинейные регрессионные модели и модели временных рядов. При построении модели студенты должны также научиться давать статистическую оценку значимости искажающих эффектов: гетероскедастичности, мультиколлинеарности, автокорреляции и по возможности осуществлять их коррекцию. Этим вопросам посвящена глава 4 «Нарушение предпосылок МНК и их корректировка». Все главы пособия имеют идентичную структуру:

- краткие теоретические сведения, включающие основные понятия, определения, формулы;

- примеры реализации типовых задач на компьютере с помощью ППП Ехсеl;

- задания, включающие набор задач в нескольких вариантах, предлагаемые студентам для самостоятельного решения на компьютере;

- контрольные вопросы, охватывающие основные положения теоретического материала, для подготовки студентов к защите своих индивидуальных заданий.

Примеры решения задач включают фрагмент или полный текст рабочего документа Ехсеl, снабженный комментариями и краткими указаниями, помогающими реализовать решение задачи на компьютере. Решения, полученные в Ехсеl, обведены рамками и представлены в виде рисунков.

Для повышения эффективности изучения дисциплины «Эконометрика» рекомендуется использовать данное пособие для выполнения студентами индивидуальных заданий. Варианты заданий представлены в каждой главе. Итогом курса является их защита.

Глава I

ПАРНАЯ ЛИНЕЙНАЯ РЕГРЕССИЯ

Основные теоретические сведения

В общем случае регрессия – функциональная зависимость между объясняющими переменными Х_j и объясняемой переменной Y, которая строится с целью прогнозирования среднего значения Y при заданных значениях Х_j =x_j, или для анализа влияния отдельных переменных Х_j, на зависимую переменную.

Различают уравнения регрессии I и II рода.

Уравнением регрессии первого рода называют уравнение вида:

. (1.1)

Если уравнение (1.1) представляет собой уравнение связи двух случайных величин Y и Х, то это уравнение представляет собой уравнение парной регрессии. В предположении нормального распределения случайной величины (Y, Х) парную регрессию называют линейной парной регрессией, т.к. в этом случае условное математическое ожидание (1.1) представляет собой уравнение прямой линии

Y = M (Y/x) = ₀ + ₁ Х . (1.2)

Для точного описания уравнения регрессии необходимо знать условный закон распределения зависимой переменной Y при условии, что переменная Х примет значение х. В связи с тем, что реальные значения переменной Y не всегда совпадают с ее средним значением M (Y/x), то в уравнение регрессии вводится случайная составляющая . Тогда уравнение (1.2) можно записать в виде:

Y^* = M (Y/x) + (1.3)

или для конкретных наблюдений (у_i , x_i ) :

= ₀ + ₁ x_i + _i , . (1.4)

Уравнение (1.4) называют теоретической линейной моделью.

Возмущения _i , должны удовлетворять основным предпосылкам регрессионного анализа:

1. Математическое ожидание возмущения _i равно нулю

или

₀ + ₁ x_i .

2. Дисперсия возмущения _i постоянна для любого i, т.е.

, .

3. Возмущения _i и _j являются независимыми друг от друга, что влечет за собой отсутствие автокорреляции

.

4. Возмущения _i представляет собой нормально распределенную случайную величину.

Обычно исследователь имеет дело с исходными данными выборки объемом n, где каждое наблюдение – есть точка (Y, Х) в (m+1) – мерном пространстве. Здесь m – число объясняющих переменных.

В случае парной регрессии имеется выборка объемом n двумерной случайной величины (Y, Х).

Уравнением регрессии второго рода называют эмпирическое уравнение регрессии, которое строится на основе данных выборки.

Рассматривается парная линейная регрессия, когда уравнение регрессии второго рода имеет вид

_i = М[Y/X=x] = b₀ + b₁ x_i , . (1.5)

С учетом уравнения (1.3) эмпирическую линейную модель связи переменных Y и Х запишем в виде:

y_i = b ₀ + b ₁ x_i + e_i , (1.6)

где _i , b₀ , b₁ , e _i – оценки соответственно y_i, ₀, ₁, _i .

Построение уравнения регрессии начинается с построения корреляционного поля, представляющего собой графическую зависимость в виде точек случайной величины (Y, Х) на плоскости y0x. По расположению эмпирических точек делается вывод о наличии линейной корреляционной зависимости между переменными Y и Х. Дальнейшее построение уравнения регрессии сводится к оценке ее параметров, используя метод наименьших квадратов (МНК). В этом случае неизвестные параметры b₀ и b₁ выбираются так, чтобы сумма квадратов отклонений эмпирических значений y_i от значений _i , найденных по уравнению регрессии (1.5), была минимальной

min.

Применение МНК обусловлено тем, что он позволяет получить несмещенные оценки с минимальной дисперсией, в условиях, когда _i удовлетворяют всем предпосылкам регрессионного анализа.

В результате операции МНК оценка выборочного коэффициента регрессии b₁ определяется выражением:

b₁ = Cov (X,Y) / , (1.7)

а коэффициента b₀ :

b₀ = , (1.8)

где = у_i /n; = х_i /n; Cov (X,Y) = ; = .

Точность оценок коэффициентов линейного уравнения регрессии первого рода характеризуется их выборочными дисперсиями, которые вычисляются по формулам:

, (1.9)

. (1.10)

Здесь S² – дисперсия регрессии – оценка дисперсии , определяемая по формулам: S² = е_i² /(n – 2), е_i = y_i - b₀ - b₁ x_i .

Проверка качества уравнения регрессии осуществляется по ряду позиций.

Оценка статистической значимости коэффициентов регрессии заключается в проверке основной гипотезы Н0 о значимости отличия коэффициентов b0 и b1 от нуля. С этой целью используется критерий Стьюдента. Вычисляются , и сравниваются с tкрит . Результатом сравнения является вывод о значимости коэффициентов b0 и b1 .

2. Интервальные оценки коэффициентов уравнения регрессии.

Так как объем выборки ограничен, то b₀ и b₁ – случайные величины, поэтому желательно найти доверительные интервалы для истинных значений ₀ , ₁. Для этого также используется статистика

, i = 0,1,

которая имеет t – распределение Стьюдента с степенями свободы. Интервальные оценки параметров _i при заданном уровне значимости имеют вид

, i = 0,1,

с надежностью р = 1- . Здесь t_крит – критическое значение распределения Стьюдента, взятое из таблицы с параметрами и /2.

3. Проверка значимости уравнения регрессии в целом.

Позволяет установить, соответствует ли математическая модель экспериментальным данным и достаточно ли включенных в уравнение объясняющих переменных для описания зависимой переменной. Проверка значимости уравнения регрессии производится на основе дисперсионного анализа. Мерой общего качества уравнения регрессии является коэффициент детерминации R² :

R² = 1 - е_i² / ( y_i - )² . (1.11)

Выражение (1.11) вытекает из соотношения:

( y_i - )² = k_i² + e_i² , (1.12)

где k_i² = ( _i - )² – объясненная регрессией сумма квадратов. Характеризует разброс, обусловленный регрессией;

e_i² = ( y_i - _i)² – остаточная (необъясненная) сумма квадратов – характеризует случайную составляющую разброса y_i относительно линии регрессии .

Из соотношений (1.11) и (1.12) следует, что коэффициент детерминации R² есть не что иное, как:

R² = k_i² / ( y_i - )². (1.13)

Таким образом, коэффициент детерминации можно вычислить по (1.11) или по (1.13).

Основная цель использования уравнения регрессии - прогноз значений зависимой переменной.

Здесь речь идет о возможных значениях Y_р при определенных значениях объясняющей переменной Х_р. Так как задача решается в условиях неопределенности то прогноз удобнее всего давать на основе интервальных оценок, построенных с заданной надежностью .

Причем здесь возможно два подхода: 1) предсказание среднего значения, т.е. M (Y/ Х=x_р); 2) предсказание индивидуальных значений Y/ Х=x_р .

Интервальный прогноз для среднего значения вычисляется следующим образом:

_р t_кр S , (1.14)

где _р = b₀ + b₁x_р ; t_кр – критическое значение, полученное по распределению Стьюдента при количестве степеней свободы = n – 2 и заданной вероятности /2.

Интервальный прогноз для индивидуального значения вычисляется по формуле:

_р t_кр S . (1.15)