Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК)

При нарушении гомоскедастичности и наличии автокорреляции ошибок рекомендуется традиционный метод наименьших квадратов (известный в английской терминологии как метод OLS – Ordinary Least Squares) заменять обобщенным методом, т.е. методом GLS (Generalized Least Squares).

Обобщенный метод наименьших квадратов применяется к преобразованным данным и позволяет получать оценки, которые обладают не только свойством несмещенности, но и имеют меньшие выборочные дисперсии. Остановимся на использовании ОМНК для корректировки гетероскедастичности.

Как и раньше, будем предполагать, что среднее значение остаточных величин равно нулю. А вот дисперсия их не остается неизменной для разных значений фактора, а пропорциональна величине Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru , т.е.

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru ,

где Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru – дисперсия ошибки при конкретном Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru -м значении фактора; Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru – постоянная дисперсия ошибки при соблюдении предпосылки о гомоскедастичности остатков; Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru – коэффициент пропорциональности, меняющийся с изменением величины фактора, что и обусловливает неоднородность дисперсии.

При этом предполагается, что Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru неизвестна, а в отношении величин Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru выдвигаются определенные гипотезы, характеризующие структуру гетероскедастичности.

В общем виде для уравнения Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru при Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru модель примет вид: Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru . В ней остаточные величины гетероскедастичны. Предполагая в них отсутствие автокорреляции, можно перейти к уравнению с гомоскедастичными остатками, поделив все переменные, зафиксированные в ходе Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru -го наблюдения, на Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru . Тогда дисперсия остатков будет величиной постоянной, т. е. Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

Иными словами, от регрессии Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru по Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru мы перейдем к регрессии на новых переменных: Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru и Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru . Уравнение регрессии примет вид:

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru ,

а исходные данные для данного уравнения будут иметь вид:

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru , Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

По отношению к обычной регрессии уравнение с новыми, преобразованными переменными представляет собой взвешенную регрессию, в которой переменные Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru и Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru взяты с весами Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

Оценка параметров нового уравнения с преобразованными переменными приводит к взвешенному методу наименьших квадратов, для которого необходимо минимизировать сумму квадратов отклонений вида

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

Соответственно получим следующую систему нормальных уравнений:

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru

Если преобразованные переменные Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru и Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru взять в отклонениях от средних уровней, то коэффициент регрессии Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru можно определить как

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

При обычном применении метода наименьших квадратов к уравнению линейной регрессии для переменных в отклонениях от средних уровней коэффициент регрессии Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru определяется по формуле:

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

Как видим, при использовании обобщенного МНК с целью корректировки гетероскедастичности коэффициент регрессии Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru представляет собой взвешенную величину по отношению к обычному МНК с весом Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

Аналогичный подход возможен не только для уравнения парной, но и для множественной регрессии. Предположим, что рассматривается модель вида

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru ,

для которой дисперсия остаточных величин оказалась пропорциональна Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru . Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru представляет собой коэффициент пропорциональности, принимающий различные значения для соответствующих Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru значений факторов Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru и Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru . Ввиду того, что

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru ,

рассматриваемая модель примет вид

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru ,

где ошибки гетероскедастичны.

Для того чтобы получить уравнение, где остатки Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru гомоскедастичны, перейдем к новым преобразованным переменным, разделив все члены исходного уравнения на коэффициент пропорциональности Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru . Уравнение с преобразованными переменными составит

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

Это уравнение не содержит свободного члена. Вместе с тем, найдя переменные в новом преобразованном виде и применяя обычный МНК к ним, получим иную спецификацию модели:

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

Параметры такой модели зависят от концепции, принятой для коэффициента пропорциональности Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru . В эконометрических исследованиях довольно часто выдвигается гипотеза, что остатки Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru пропорциональны значениям фактора. Так, если в уравнении

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru

предположить, что Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru , т.е. Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru и Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru , то обобщенный МНК предполагает оценку параметров следующего трансформированного уравнения:

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

Применение в этом случае обобщенного МНК приводит к тому, что наблюдения с меньшими значениями преобразованных переменных Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru имеют при определении параметров регрессии относительно больший вес, чем с первоначальными переменными. Вместе с тем, следует иметь в виду, что новые преобразованные переменные получают новое экономическое содержание и их регрессия имеет иной смысл, чем регрессия по исходным данным.

Пример. Пусть Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru – издержки производства, Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru – объем продукции, Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru – основные производственные фонды, Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru – численность работников, тогда уравнение

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru

является моделью издержек производства с объемными факторами. Предполагая, что Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru пропорциональна квадрату численности работников Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru , мы получим в качестве результативного признака затраты на одного работника Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru , а в качестве факторов следующие показатели: производительность труда Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru и фондовооруженность труда Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru . Соответственно трансформированная модель примет вид

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru ,

где параметры Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru , Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru , Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru численно не совпадают с аналогичными параметрами предыдущей модели. Кроме этого, коэффициенты регрессии меняют экономическое содержание: из показателей силы связи, характеризующих среднее абсолютное изменение издержек производства с изменением абсолютной величины соответствующего фактора на единицу, они фиксируют при обобщенном МНК среднее изменение затрат на работника; с изменением производительности труда на единицу при неизменном уровне фовдовооруженности труда; и с изменением фондовооруженности труда на единицу при неизменном уровне производительности труда.

Если предположить, что в модели с первоначальными переменными дисперсия остатков пропорциональна квадрату объема продукции, Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru , можно перейти к уравнению регрессии вида

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

В нем новые переменные: Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru – затраты на единицу (или на 1 руб. продукции), Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru – фондоемкость продукции, Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru – трудоемкость продукции.

Гипотеза о пропорциональности остатков величине фактора может иметь реальное основание: при обработке недостаточно однородной совокупности, включающей как крупные, так и мелкие предприятия, большим объемным значениям фактора может соответствовать большая дисперсия результативного признака и большая дисперсия остаточных величин.

При наличии одной объясняющей переменной гипотеза Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru трансформирует линейное уравнение

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru

в уравнение

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru ,

в котором параметры Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru и Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru поменялись местами, константа стала коэффициентом наклона линии регрессии, а коэффициент регрессии – свободным членом.

Пример. Рассматривая зависимость сбережений Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru от дохода Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru , по первоначальным данным было получено уравнение регрессии

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

Применяя обобщенный МНК к данной модели в предположении, что ошибки пропорциональны доходу, было получено уравнение для преобразованных данных:

Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru .

Коэффициент регрессии первого уравнения сравнивают со свободным членом второго уравнения, т.е. 0,1178 и 0,1026 – оценки параметра Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК) - student2.ru зависимости сбережений от дохода.

Переход к относительным величинам существенно снижает вариацию фактора и соответственно уменьшает дисперсию ошибки. Он представляет собой наиболее простой случай учета гетероскедастичности в регрессионных моделях с помощью обобщенного МНК. Процесс перехода к относительным величинам может быть осложнен выдвижением иных гипотез о пропорциональности ошибок относительно включенных в модель факторов. Использование той или иной гипотезы предполагает специальные исследования остаточных величин для соответствующих регрессионных моделей. Применение обобщенного МНК позволяет получить оценки параметров модели, обладающие меньшей дисперсией.

Наши рекомендации