После того, как найдено уравнение линейной регрессии, проводится оценка значимости как уравнения в целом, так и отдельных его параметров.
Проверить значимость уравнения регрессии - значит установить, соответствует ли математическая модель, выражающая зависимость между переменными, экспериментальным данным и достаточно ли включённых в уравнение объясняющих переменных (одной или нескольких) для описания зависимой переменной.
Проверка значимости производится на основе дисперсионного анализа.
Согласно идее дисперсионного анализа, общая сумма квадратов отклонений (СКО) y от среднего значения раскладывается на две части - объясненную и необъясненную:
или, соответственно:
Здесь возможны два крайних случая: когда общая СКО в точности равна остаточной и когда общая СКО равна факторной.
В первом случае фактор х не оказывает влияния на результат, вся дисперсия y обусловлена воздействием прочих факторов, линия регрессии параллельна оси Ох и уравнение должно иметь вид.
Во втором случае прочие факторы не влияют на результат, y связан с x функционально, и остаточная СКО равна нулю.
Однако на практике в правой части присутствуют оба слагаемых. Пригодность линии регрессии для прогноза зависит от того, какая часть общей вариации y приходится на объясненную вариацию. Если объясненная СКО будет больше остаточной СКО, то уравнение регрессии статистически значимо и фактор х оказывает существенное воздействие на результат y. Это равносильно тому, что коэффициент детерминации будет приближаться к единице.
Число степеней свободы (df-degrees of freedom) - это число независимо варьируемых значений признака.
Для общей СКО требуется (n-1) независимых отклонений,
Факторная СКО имеет одну степень свободы, и
Таким образом, можем записать:
Из этого баланса определяем, что = n-2.
Разделив каждую СКО на свое число степеней свободы, получим средний квадрат отклонений, или дисперсию на одну степень свободы: - общая дисперсия, - факторная, - остаточная.
Анализ статистической значимости коэффициентов линейной регрессии
Хотя теоретические значения коэффициентов уравнения линейной зависимости предполагаются постоянными величинами, оценки а и b этих коэффициентов, получаемые в ходе построения уравнения по данным случайной выборки, являются случайными величинами. Если ошибки регрессии имеют нормальное распределение, то оценки коэффициентов также распределены нормально и могут характеризоваться своими средними значениями и дисперсией. Поэтому анализ коэффициентов начинается с расчёта этих характеристик.
Дисперсии коэффициентов рассчитываются по формулам:
Дисперсия коэффициента регрессии:
где - остаточная дисперсия на одну степень свободы.
Дисперсия параметра:
Отсюда стандартная ошибка коэффициента регрессии определяется по формуле:
Стандартная ошибка параметра определяется по формуле:
Они служат для проверки нулевых гипотез о том, что истинное значение коэффициента регрессии b или свободного члена a равно нулю: .
Альтернативная гипотеза имеет вид: .
t - статистики имеют t - распределение Стьюдента с степенями свободы. По таблицам распределения Стьюдента при определённом уровне значимости б и степенях свободы находят критическое значение.
Если, то нулевая гипотеза должна быть отклонена, коэффициенты считаются статистически значимыми.
Если, то нулевая гипотеза не может быть отклонена. (В случае, если коэффициент b статистически незначим, уравнение должно иметь вид, и это означает, что связь между признаками отсутствует. В случае, если коэффициент а статистически незначим, рекомендуется оценить новое уравнение в виде).
Интервальные оценки коэффициентов линейного уравнения регрессии:
Доверительный интервал для а: .
Доверительный интервал для b:
Это означает, что с заданной надёжностью (где - уровень значимости) истинные значения а, b находятся в указанных интервалах.
Коэффициент регрессии имеет четкую экономическую интерпретацию, поэтому доверительные границы интервала не должны содержать противоречивых результатов, например, Они не должны включать нуль.
Анализ статистической значимости уравнения в целом.
Распределение Фишера в регрессионном анализе
Оценка значимости уравнения регрессии в целом дается с помощью F- критерия Фишера. При этом выдвигается нулевая гипотеза о том, что все коэффициенты регрессии, за исключением свободного члена а, равны нулю и, следовательно, фактор х не оказывает влияния на результат y (или).
Величина F - критерия связана с коэффициентом детерминации. В случае множественной регрессии:
где m - число независимых переменных.
В случае парной регрессии формула F - статистики принимает вид:
При нахождении табличного значения F- критерия задается уровень значимости (обычно 0,05 или 0,01) и две степени свободы: - в случае множественной регрессии, - для парной регрессии.
Если, то отклоняется и делается вывод о существенности статистической связи между y и x.
Если, то вероятность уравнение регрессии считается статистически незначимым, не отклоняется.
Замечание. В парной линейной регрессии. Кроме того, поэтому. Таким образом, проверка гипотез о значимости коэффициентов регрессии и корреляции равносильна проверке гипотезы о существенности линейного уравнения регрессии.
Распределение Фишера может быть использовано не только для проверки гипотезы об одновременном равенстве нулю всех коэффициентов линейной регрессии, но и гипотезы о равенстве нулю части этих коэффициентов. Это важно при развитии линейной регрессионной модели, так как позволяет оценить обоснованность исключения отдельных переменных или их групп из числа объясняющих переменных, или же, наоборот, включения их в это число.
Пусть, например, вначале была оценена множественная линейная регрессия по п наблюдениям с т объясняющими переменными, и коэффициент детерминации равен, затем последние k переменных исключены из числа объясняющих, и по тем же данным оценено уравнение, для которого коэффициент детерминации равен (, т.к. каждая дополнительная переменная объясняет часть, пусть небольшую, вариации зависимой переменной).
Для того, чтобы проверить гипотезу об одновременном равенстве нулю всех коэффициентов при исключённых переменных, рассчитывается величина
имеющая распределение Фишера с степенями свободы.
По таблицам распределения Фишера, при заданном уровне значимости, находят. И если, то нулевая гипотеза отвергается. В таком случае исключать все k переменных из уравнения некорректно.
Аналогичные рассуждения могут быть проведены и по поводу обоснованности включения в уравнение регрессии одной или нескольких k новых объясняющих переменных.
В этом случае рассчитывается F - статистика
имеющая распределение. И если она превышает критический уровень, то включение новых переменных объясняет существенную часть необъяснённой ранее дисперсии зависимой переменной (т.е. включение новых объясняющих переменных оправдано).
Замечания. 1. Включать новые переменные целесообразно по одной.
2. Для расчёта F - статистики при рассмотрении вопроса о включении объясняющих переменных в уравнение желательно рассматривать коэффициент детерминации с поправкой на число степеней свободы.
F - статистика Фишера используется также для проверки гипотезы о совпадении уравнений регрессии для отдельных групп наблюдений.
Пусть имеются 2 выборки, содержащие, соответственно, наблюдений. Для каждой из этих выборок оценено уравнение регрессии вида. Пусть СКО от линии регрессии (т.е.) равны для них, соответственно, .
Проверяется нулевая гипотеза: о том, что все соответствующие коэффициенты этих уравнений равны друг другу, т.е. уравнение регрессии для этих выборок одно и то же.
Пусть оценено уравнение регрессии того же вида сразу для всех наблюдений, и СКО.
Тогда рассчитывается F - статистика по формуле:
Она имеет распределение Фишера с степенями свободы. F - статистика будет близкой к нулю, если уравнение для обеих выборок одинаково, т.к. в этом случае. Т.е. если, то нулевая гипотеза принимается.
Если же, то нулевая гипотеза отвергается, и единое уравнение регрессии построить нельзя.
Проверить значимость параметров уравнения регрессии можно, используя t-статистику .
Задание:
По группе предприятий, выпускающих один и тот же вид продукции, рассматриваются функции издержек:
y = α + βx;
y = α x β ;
y = α β x ;
y = α + β / x;
где y – затраты на производство, тыс. д. е.
x – выпуск продукции, тыс. ед.
Требуется:
1. Построить уравнения парной регрессии y от x:
- линейное;
- степенное;
- показательное;
- равносторонней гиперболы.
3. Оценить статистическую значимость уравнения регрессии в целом.
4. Оценить статистическую значимость параметров регрессии и корреляции.
5. Выполнить прогноз затрат на производство при прогнозном выпуске продукции, составляющем 195 % от среднего уровня.
6. Оценить точность прогноза, рассчитать ошибку прогноза и его доверительный интервал.
7. Оценить модель через среднюю ошибку аппроксимации.
Решение :
1. Уравнение имеет вид y = α + βx
1. Параметры уравнения регрессии.
Средние значения
Дисперсия
Среднеквадратическое отклонение
Коэффициент корреляции
Связь между признаком Y фактором X сильная и прямая
Уравнение регрессии
Коэффициент детерминации
R 2 = 0.94 2 = 0.89, т.е. в 88.9774 % случаев изменения х приводят к изменению y. Другими словами - точность подбора уравнения регрессии - высокая
| x | y | x 2 | y 2 | x ∙ y | y(x) | (y-y cp) 2 | (y-y(x)) 2 | (x-x p) 2 |
| 78 | 133 | 6084 | 17689 | 10374 | 142.16 | 115.98 | 83.83 | 1 |
| 82 | 148 | 6724 | 21904 | 12136 | 148.61 | 17.9 | 0.37 | 9 |
| 87 | 134 | 7569 | 17956 | 11658 | 156.68 | 95.44 | 514.26 | 64 |
| 79 | 154 | 6241 | 23716 | 12166 | 143.77 | 104.67 | 104.67 | 0 |
| 89 | 162 | 7921 | 26244 | 14418 | 159.9 | 332.36 | 4.39 | 100 |
| 106 | 195 | 11236 | 38025 | 20670 | 187.33 | 2624.59 | 58.76 | 729 |
| 67 | 139 | 4489 | 19321 | 9313 | 124.41 | 22.75 | 212.95 | 144 |
| 88 | 158 | 7744 | 24964 | 13904 | 158.29 | 202.51 | 0.08 | 81 |
| 73 | 152 | 5329 | 23104 | 11096 | 134.09 | 67.75 | 320.84 | 36 |
| 87 | 162 | 7569 | 26244 | 14094 | 156.68 | 332.36 | 28.33 | 64 |
| 76 | 159 | 5776 | 25281 | 12084 | 138.93 | 231.98 | 402.86 | 9 |
| 115 | 173 | 13225 | 29929 | 19895 | 201.86 | 854.44 | 832.66 | 1296 |
| 0 | 0 | 0 | 16.3 | 20669.59 | 265.73 | 6241 | ||
| 1027 | 1869 | 89907 | 294377 | 161808 | 1869 | 25672.31 | 2829.74 | 8774 |
Примечание: значения y(x) находятся из полученного уравнения регрессии:
y(1) = 4.01*1 + 99.18 = 103.19
y(2) = 4.01*2 + 99.18 = 107.2
... ... ...
2. Оценка параметров уравнения регрессии
Значимость коэффициента корреляции
По таблице Стьюдента находим Tтабл
T табл (n-m-1;α/2) = (11;0.05/2) = 1.796
Поскольку Tнабл > Tтабл, то отклоняем гипотезу о равенстве 0 коэффициента корреляции. Другими словами, коэффициента корреляции статистически - значим.
Анализ точности определения оценок коэффициентов регрессии
S a = 0.1712
Доверительные интервалы для зависимой переменной
Рассчитаем границы интервала, в котором будет сосредоточено 95% возможных значений Y при неограниченно большом числе наблюдений и X = 1
(-20.41;56.24)
Проверка гипотез относительно коэффициентов линейного уравнения регрессии
1) t-статистика
Статистическая значимость коэффициента регрессии a подтверждается
Статистическая значимость коэффициента регрессии b не подтверждается
Доверительный интервал для коэффициентов уравнения регрессии
Определим доверительные интервалы коэффициентов регрессии, которые с надежность 95% будут следующими:
(a - t S a ; a + t S a)
(1.306;1.921)
(b - t b S b ; b + t b S b)
(-9.2733;41.876)
где t = 1.796
2) F-статистики
Fkp = 4.84
Поскольку F > Fkp, то коэффициент детерминации статистически значим
В социально-экономических исследованиях часто приходится работать в условиях ограниченной совокупности, либо с выборочными данными. Поэтому после математических параметров уравнение регрессии необходимо оценить их и уравнение в целом на статистическую значимость, т.е. необходимо убедиться, что полученное уравнение и его параметры сформированы под влиянием неслучайных факторов.
Прежде всего, оценивается статистическая значимость уравнения в целом. Оценка, как правило, проводится с использованием F-критерия Фишера. Расчет F-критерия базируется на правиле сложения дисперсий. А именно, общего дисперсионного признака-результата = дисперсия факторная + дисперсия остаточная.
Фактическая цена
Теоретическая цена
Построив уравнение регрессии можно рассчитать теоретическое значение признака-результата, т.е. рассчитанные по уравнению регрессии с учетом его параметров.
Эти значения будут характеризовать признак-результат, сформировавшийся под влиянием факторов включенных в анализ.
Между фактическими значениями признака-результата и рассчитанными на основе уравнения регрессии всегда существуют расхождения (остатки), обусловленные влиянием прочих факторов, не включенных в анализ.
Разность между теоретическими и фактическими значениями признака-результата называется остатками. Общая вариация признака-результата:
Вариация по признаку-результату, обусловленная вариацией признаков факторов, включенных в анализ оценивается через сопоставления теоретических значений резул. признака и его средних значений. Остаточная вариация через сопоставление теоретических и фактических значений результатирующего признака. Общая дисперсия , остаточная и фактическая имеют разное число степеней свободы.
Общая , п - число единиц в изучаемой совокупности
Фактическая , п - число факторов, включенных в анализ
Остаточная
F-критерий Фишера рассчитывается как отношение к , причем рассчитаны на одну степень свободы.
Использование F-критерия Фишера в качестве оценки статистической значимости уравнения регрессии очень логично. - это результат. признака, обусловленная факторами включенными в анализ, т.е. это доля объясненной результат. признака. - это (вариация) признака результата обусловленная факторами влияние которых не учитывается, т.е. не включенными в анализ.
Т.о. F-критерий призван оценить значимое превышение над . Если несущественно ниже , а тем более, если оно превышает , следовательно, в анализ включены не те факторы, которые действительно влияют на признак-результат.
F-критерий Фишера табулирован, фактическое значение сравнивается с табличным. Если , то уравнение регрессии признается статистически значимым. Если наоборот – уравнение статистически не значимо и не может использоваться на практике, значимость уравнения в целом говорит о статистической значимости показателей корелляции.
После оценки уравнения в целом необходимо оценить статистическую значимость параметров уравнения. Эта оценка осуществляется с использованием t-статистики Стьюдента. t-статистика рассчитывается как отношение параметров уравнения (по модулю) к их стандартной средней квадратической ошибке. Если оценивается однофакторная модель, то рассчитывается 2 статистики.
Во всех компьютерных программах расчет стандартной ошибки и t-статистики для параметров проводится с расчетом самих параметров. T-статистика табулирована. Если значение , то параметр признается статистически значимым, т.е. сформированным под влиянием неслучайных факторов.
Расчет t-статистики по существу означает проверку нулевой гипотезы о незначимости параметра, т.е. равенстве его нулю. При однофакторной модели оценивается 2 гипотезы: и
Уровень значимости принятия нулевой гипотезы зависит от уровня принятой доверительной вероятности. Так если исследователь задает уровень вероятности 95%, уровень значимости принятия будет рассчитываться , следовательно, если уровень значимости ≥ 0,05, то принимается и параметры считаются статистически незначимыми. Если , то отвергается и принимается альтернатива: и .
В пакетах прикладных программ по статистике также приводится уровень значимости принятия нулевых гипотез. Оценка значимости уравнения регрессии и его параметров может дать следующие результаты:
Во-первых, уравнение в целом значимо(по F-критерию) и также статистически значимы все параметры уравнения. Это означает, что полученное уравнение может быть использовано как для принятия управленческих решений, так и для прогнозирования.
Во-вторых, по F-критерию уравнение статистически значимо, но не значим хотя бы один из параметров уравнения. Уравнение может быть использовано для принятия управленческих решений относительно анализируемых факторов, но не может быть использовано для прогнозирования.
В-третьих, уравнение статистически не значимо, либо по F- критерию уравнение значимо, но не значимы все параметры полученного уравнения. Уравнение не может быть использовано не для каких целей.
Чтобы уравнение регрессии можно было признать моделью связи между признаком-результатом и признаками-факторами необходимо чтобы в него были включены все важнейшие факторы, определяющие результат, чтобы содержательная интерпретация параметров уравнения соответствовала теоретически обоснованным связям в изучаемом явлении. Коэффициент детерминации R 2 должен быть > 0,5.
При построении множественного уравнения регрессии целесообразно осуществить оценку по так называемому скорректированному коэффициенту детерминации (R 2). Величина R 2 (как и корелляции) возрастает при увеличение числа факторов включенных в анализ. Особенно завышается значение коэф-в в условиях небольших совокупностей. С целью погасить отрицательное влияние R 2 и корелляции корректируют с учетом числа степеней свободы, т.е. числа свободно варьирующих элементов при включении определенных факторов.
Скорректированный коэф-т детерминации
п –объем совокупности/число наблюдений
k – число факторов включенных в анализ
п-1 – число степеней свободы
(1-R 2) - величина остатка/ необъясненной дисперсии результативного признака
Всегда меньше R 2 . на основе можно сравнивать оценки уравнений с разным числом анализируемых факторов.
34. Задачи изучения динамических рядов.
Ряды динамики называют временными рядами или динамическими рядами. Динамический ряд – это упорядоченная во времени последовательность показателей, характеризующих то или иное явление (объем ВВП с 90 по 98 гг). Целью изучения рядов динамики является выявление закономерности развития изучаемого явления (основной тенденции) и прогнозирование на этой основе. Из определения РД следует, что любой ряд состоит из двух элементов: время t и уровень ряда (те конкретные значения показателя, на основе которого построен ДРяд). ДРяды могут быть 1)моментными – ряды, показатели которых фиксируются на момент времени, на определенную дату, 2)интервальными – ряды, показатели которого получают за какой-то период времени (1.численность населения СПб, 2.объем ВВП за период). Разделение рядов на моментные и интервальные необходимо, поскольку это определяет специфику расчета некоторых показателей ДРядов. Суммирование уровней интервальных рядов дает содержательно интерпретируемый результат, что нельзя сказать о суммировании уровней моментных рядов, поскольку последние содержат повторный счет. Важнейшей проблемой в анализе рядов динамики является проблема сопоставимости уровней ряда. Это понятие очень разноплановое. Уровни должны быть сопоставимы по методам расчета и по территории и охвату единиц совокупности. Если ДРяд строится в стоимостных показателях, то все уровни должны быть представлены или рассчитаны в сопоставимых ценах. При построении интервальных рядов уровни должны характеризовать одинаковые отрезки времени. При построении моментных РядовД уровни должны фиксироваться на одну и ту же дату. ДРяды могут быть полными и неполными. Неполные ряды используются в официальных изданиях (1980,1985,1990,1995,1996,1997,1998,1999…). Комплексный анализ РД включает изучение следующих моментов:
1. расчет показателей изменения уровней РД
2. расчет средних показателей РД
3. выявление основной тенденции ряда, построение трендовых моделей
4. оценка автокорреляции в РД, построение авторегрессионных моделей
5. корреляция РД (изучение связей м/у ДРядами)
6. прогнозирование РД.
35. Показателей изменения уровней временных рядов .
В общем виде РядД может быть представлен:
у – уровень ДР, t – момент или период времени к которому относится уровень (показатель), n – длина ДРяда (число периодов). при изучении ряда динамики рассчитывают следующие показатели: 1. абсолютный прирост, 2. коэффициент роста (темп роста), 3. ускорение, 4. коэффициент прироста (темп прироста), 5. абсолютное значение 1 % прироста. Рассчитываемые показатели могут быть: 1. цепные – получают путем сопоставления каждого уровня ряда с непосредственно предшествующим, 2. базисные – получают путем сопоставления с уровнем, выбранным за базу сравнения (если специально не оговаривается, за базу берется 1ый уровень ряда). 1. Цепные абсолютные приросты: . Показывает на сколько больше или меньше . Цепные абсолютные приросты называют показателями скорости изменения уровней динамического ряда. Базисный абсолютный прирост : . Если уровни ряда представляют собой относительные показатели, выраженные в %-ах, то абсолютный прирост выражается в пунктах изменения. 2. коэффициент роста (темпы роста): Рассчитывается как отношение уровней ряда к непосредственно предшествующим (цепные коэффициенты роста), либо к уровню, принятому за базу сравнения (базисные коэффициенты роста): . Характеризует во сколько раз каждый уровень ряда > или < предшествующего или базисного. На основе коэффициентов роста рассчитываются темпы роста. Это коэффициенты роста, выраженные в %ах: 3. на основе абсолютных приростов рассчитывают показатель – ускорение абсолютных приростов : . Ускорение – абсолютный прирост абсолютных приростов. Оценивает как изменяются сами приросты, они стабильны или принимают ускорение (возрастают). 4. темп прироста – это отношение прироста к базе сравнения. Выражается в %-ах: ; . Темп прироста – это темп роста минус 100%. Показывает на сколько % данный уровень ряда > или < предшествующего либо базисного. 5. абсолютное значение 1% прироста. Рассчитывается как отношение абсолютного прироста к темпу прироста, т.е.: - сотая доля предыдущего уровня. Все эти показатели рассчитываются для оценки степени изменения уровней ряда. Цепные коэффициенты и темпы роста называются показателями интенсивности изменения уровней ДРядов.
2. Расчет средних показателей РД Рассчитывают средние уровни рядов, средние абсолютные приросты, средние темпы роста и средние темпы прироста. Средние показатели рассчитываются с целью обобщения информации и возможности сравнивать уровни и показатели их изменения по различным рядам. 1. средний уровень ряда а) для интервальных временных рядов рассчитывается по средней арифметической простой: , где n – число уровней во временном ряду; б) для моментных рядов средний уровень рассчитывается по специфической формуле, которая называется средней хронологической: . 2. средний абсолютный прирост рассчитывается на основе цепных абсолютных приростов по средней арифметической простой:
. 3. Средний коэффициент роста рассчитывается на основе цепных коэффициентов роста по формуле средней геометрической: . При комментарии средних показателей ДРядов необходимо указывать 2 момента: период, который характеризует анализируемый показатель и временной интервал, за который построен ДРяд. 4. Средний темп роста : . 5. средний темп прироста : .
Проверку значимости уравнения регрессии произведем на основе
F-критерия Фишера:
Значение F-критерия Фишера можно найти в таблице Дисперсионный анализ протокола Еxcel. Табличное значение F-критерия при доверительной вероятности α = 0,95 и числе степеней свободы, равном v1 = k = 2 и v2 = n – k – 1= 50 – 2 – 1 = 47, составляет 0,051.
Поскольку Fрасч > Fтабл, уравнение регрессии следует признать значимым, то есть его можно использовать для анализа и прогнозирования.
Оценку значимости коэффициентов полученной модели, используя результаты отчета Excel, можно осуществить тремя способами.
Коэффициент уравнения регрессии признается значимым в том случае, если:
1) наблюдаемое значение t-статистики Стьюдента для этого коэффициента больше, чем критическое (табличное) значение статистики Стьюдента (для заданного уровня значимости, например α = 0,05, и числа степеней свободы df = n – k – 1, где n – число наблюдений, а k – число факторов в модели);
2) Р-значение t-статистики Стьюдента для этого коэффициента меньше, чем уровень значимости, например, α = 0,05;
3) доверительный интервал для этого коэффициента, вычисленный с некоторой доверительной вероятностью (например, 95%), не содержит ноль внутри себя, то есть нижняя 95% и верхняя 95% границы доверительного интервала имеют одинаковые знаки.
Значимость коэффициентов a 1 и a 2 проверим по второму и третьему способам:
P-значение (a 1 ) = 0,00 < 0,01 < 0,05.
Р-значение (a 2 ) = 0,00 < 0,01 < 0,05.
Следовательно, коэффициенты a 1 и a 2 значимы при 1%-ном уровне, а тем более при 5%-ном уровне значимости. Нижние и верхние 95% границы доверительного интервала имеют одинаковые знаки, следовательно, коэффициенты a 1 и a 2 значимы.
Определение объясняющей переменной, от которой
Может зависеть дисперсия случайных возмущений.
Проверка выполнения условия гомоскедастичности
Остатков по тесту Гольдфельда–Квандта
При проверке предпосылки МНК о гомоскедастичности остатков в модели множественной регрессии следует вначале определить, по отношению к какому из факторов дисперсия остатков более всего нарушена. Это можно сделать в результате визуального исследования графиков остатков, построенных по каждому из факторов, включенных в модель. Та из объясняющих переменных, от которой больше зависит дисперсия случайных возмущений, и будет упорядочена по возрастанию фактических значений при проверке теста Гольдфельда–Квандта. Графики легко получить в отчете, который формируется в результате использования инструмента Регрессия в пакете Анализ данных).
Графики остатков по каждому из факторов двухфакторной модели
Из представленных графиков видно, что дисперсия остатков более всего нарушена по отношению к фактору Краткосрочная дебиторская задолженность.
Проверим наличие гомоскедастичности в остатках двухфакторной модели на основе теста Гольдфельда–Квандта.
Уберем из середины упорядоченной совокупности С = 1/4 · n = 1/4 · 50 = 12,5 (12) значения. В результате получим две совокупности соответственно с малыми и большими значениями Х4.
Для каждой совокупности выполним расчеты:
Упорядочим переменные Y и X2 по возрастанию фактора Х4 (в Excel для этого можно использовать команду Данные – Сортировка по возрастанию Х4):
|
Данные, отсортированные по возрастанию X4: |
||
|
Сумма |
111234876536,511 |
||||
|
966570797682,068 |
|||||
|
455748832843,413 |
|||||
|
232578961097,877 |
|||||
|
834043911651,192 |
|||||
|
193722998259,505 |
|||||
|
1246409153509,290 |
|||||
|
31419681912489,100 |
|||||
|
2172804245053,280 |
|||||
|
768665257272,099 |
|||||
|
2732445494273,330 |
|||||
|
163253156450,331 |
|||||
|
18379855056009,900 |
|||||
|
10336693841766,000 |
|||||
|
Сумма |
69977593738424,600 |
Уравнения для совокупностей
Y = -27275,746 + 0,126X2 + 1,817 X4
Y = 61439,511 + 0,228X2 + 0,140X4
Результаты данной таблицы получены с помощью инструмента Регрессия поочередно к каждой из полученных совокупностей.
4. Найдем отношение полученных остаточных сумм квадратов
(в числителе должна быть большая сумма):
5. Вывод о наличии гомоскедастичности остатков делаем с помощью F-критерия Фишера с уровнем значимости α = 0,05 и двумя одинаковыми степенями свободы k1 = k2 = == 17
где р – число параметров уравнения регрессии:
Fтабл (0,05; 17; 17) = 9,28.
Так как Fтабл > R ,то подтверждается гомоскедастичность в остатках двухфакторной регрессии.
ТЕМА 4. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СВЯЗЕЙ
Уравнение регрессии - этоаналитическое представление корреляционной зависимости. Уравнение регрессии описывает гипотетическую функциональную зависимость между условным средним значением результативного признака и значением признака – фактора (факторов), т.е. основную тенденцию зависимости.
Парная корреляционная зависимость описывается уравнением парной регрессии, множественная корреляционная зависимость – уравнением множественной регрессии.
Признак-результат в уравнении регрессии – это зависимая переменная (отклик, объясняемая переменная), а признак-фактор – независимая переменная (аргумент, объясняющая переменная).
Простейшим видом уравнения регрессии является уравнение парной линейной зависимости:
где y – зависимая переменная (признак-результат); x – независимая переменная (признак-фактор); и – параметры уравнения регрессии; - ошибка оценивания.
В качестве уравнения регрессии могут быть использованы различные математические функции. Частое практическое применение находят уравнения линейной зависимости, параболы, гиперболы, степной функции и др.
Как правило, анализ начинается с оценки линейной зависимости, поскольку результаты легко поддаются содержательной интерпретации. Выбор типа уравнения связи – достаточно ответственный этап анализа. В «докомпьютерную» эпоху эта процедура была сопряжена с определенными сложностями и требовала от аналитика знания свойств математических функций. В настоящее время на базе специализированных программ можно оперативно построить множество уравнений связи и на основе формальных критериев осуществить выбор лучшей модели (однако математическая грамотность аналитика не утратила своей актуальности).
Гипотезу о типе корреляционной зависимости можно выдвинуть по результатам построения поля корреляции (см. лекцию 6). Исходя из характера расположения точек на графике (координаты точек соответствуют значениям зависимой и независимой переменных), выявляется тенденция связи между признаками (показателями). Если линия регрессии проходит через все точки поля корреляции, то эта свидетельствует о функциональной связи. В практике социально-экономических исследований такую картину наблюдать не приходится, поскольку присутствует статистическая (корреляционная) зависимость. В условиях корреляционной зависимости при нанесении линии регрессии на диаграмму рассеивания наблюдается отклонение точек поля корреляции от линии регрессии, что демонстрирует, так называемые, остатки или ошибки оценивания (см. рисунок 7.1).
Наличие ошибки уравнения связано с тем, что:
§ не все факторы, влияющие на результат, учитываются в уравнении регрессии;
§ может быть неверно выбранаформа связи - уравнение регрессии;
§ не все факторы включены в уравнение.
Построить уравнение регрессии – означает рассчитать значения его параметров. Уравнение регрессии строится на основе фактических значений анализируемых признаков. Расчет параметров, как правило, выполняется с использованием метода наименьших квадратов (МНК).
Суть МНК состоит в том, что удается получить такие значения параметров уравнения, при которых минимизируется сумма квадратов отклонений теоретических значений признака-результата (рассчитанных на основе уравнения регрессии), от фактических его значений:
,
где - фактическое значение признака-результата у i-й единицы совокупности; - значение признака-результата у i-й единицы совокупности, полученное по уравнению регрессии ().
Т.о., решается задача на экстремум, то есть необходимо найти, при каких значениях параметров, функция S достигает минимума.
Проводя дифференцирование, приравнивая частные производные нулю:
, (7.3)
, (7.4)
где - среднее произведение значений фактора и результата; - среднее значение признака - фактора; - среднее значение признака -результата; - дисперсия признака-фактора.
Параметр в уравнении регрессии характеризует угол наклона линии регрессии на графике. Этот параметр называют коэффициентом регрессии и его величина характеризует, на сколько единиц своего измерения изменится признак-результат при изменении признака-фактора на единицу своего измерения. Знак при коэффициенте регрессии отражает направленность зависимости (прямая или обратная) и совпадает со знаком коэффициента корреляции (в условиях парной зависимости).
В рамках рассматриваемого примера, в программе STATISTICA рассчитаны параметры уравнения регрессии, описывающего зависимость между уровнем среднедушевых денежных доходов населения и величиной валового регионального продукта на душу населения в регионах России, см. таблицу 7.1.
Таблица 7.1 - Расчет и оценка параметров уравнения, описывающего зависимостьмежду уровнем среднедушевых денежных доходов населения и величиной валового регионального продукта на душу населения в регионах России, 2013 г.
В графе "В" таблицы содержатся значения параметров уравнения парной регрессии, следовательно, можно записать: = 13406,89 + 22,82 x.Данное уравнение описывает тенденцию связи между анализируемыми характеристиками. Параметр - это коэффициент регрессии. В данном случае он равен 22,82 и характеризует следующее: при увеличении ВРП на душу населения на 1 тыс.рублей среднедушевые денежные доходы в среднем возрастают (на что указывает знак "+") на 22,28 руб.
Параметр уравнения регрессии в социально-экономических исследованиях, как правило, содержательно не интерпретируется. Формально он отражает величину признака - результата при условии, что признак - фактор равен нулю. Параметр характеризует расположение линии регрессии на графике, см. рисунок 7.1.
Рисунок 7.1 - Поле корреляции и линия регрессии, отражающие зависимость уровня среднедушевых денежных доходов населения в регионах России и величины ВРП на душу населения
Значение параметра соответствует точке пересечения линии регрессии с осью Y, при X=0.
Построение уравнения регрессии сопровождается оценкой статистической значимости уравнения в целом и его параметров. Необходимость таких процедур связана с ограниченным объемом данных, что может препятствовать действию закона больших чисел и, следовательно, выявлению истинной тенденции во взаимосвязи анализируемых показателей. Кроме того, любую исследуемую совокупность можно рассматривать как выборку из генеральной совокупности, а характеристики, полученные в ходе анализа, как оценку генеральных параметров.
Оценка статистической значимости параметров и уравнения в целом – это обоснование возможности использования построенной модели связи для принятия управленческих решений и прогнозирования (моделирования).
Статистическая значимость уравнения регрессии в целом оценивается с использованием F-критерия Фишера , который представляет собой отношение факторной и остаточных дисперсий, рассчитанных на одну степень свободы:
где 
- факторная дисперсия признака - результата; k – число степеней свободы факторной дисперсии (число факторов в уравнении регрессии); - среднее значение зависимой переменной; - теоретическое (полученной по уравнению регрессии) значение зависимой переменной у i – й единицы совокупности; 
- остаточная дисперсии признака - результата; n – объем совокупности; n-k-1 – число степеней свободы остаточной дисперсии.
Величина F-критерия Фишера, согласно формуле, характеризует соотношение между факторной и остаточной дисперсиями зависимой переменной, демонстрируя, по существу, во сколько раз величина объясненной части вариации превышает необъясненную.
F-критерий Фишера табулирован, входом в таблицу является число степеней свободы факторной и остаточной дисперсий. Сравнение расчетного значения критерия с табличным (критическим) позволяет ответить на вопрос: статистически значима ли та часть вариации признака-результата, которую удается объяснить факторами, включенными в уравнение данного вида. Если 
, то уравнение регрессии признается статистически значимым и, соответственно, статистически значим и коэффициент детерминации. В противном случае (
), уравнение – статистически незначимо, т.е. вариация учтенных в уравнении факторов не объясняет статистически значимой части вариации признака-результата, либо не верно выбрано уравнение связи.
Оценка статистической значимости параметров уравнения
осуществляется на основе t-статистики
, которая рассчитывается как отношение модуля параметров уравнения регрессии к их стандартным ошибкам (
):
, где 
; (7.6)
, где 
; (7.7)
где 
- стандартные отклонения признака - фактора и признака - результата; - коэффициент детерминации.
В специализированных статистических программах расчет параметров всегда сопровождается расчетом значений их стандартных (среднеквадратических) ошибок и t-статистики (см. таблицу 7.1). Расчетное значение t-статистики сравнивается с табличным, если объем изучаемой совокупности менее 30 единиц (безусловно малая выборка), следует обратиться к таблице t- распределения Стьюдента, если объем совокупности большой, следует воспользоваться таблицей нормального распределения (интеграла вероятностей Лапласа). Параметр уравнения признается статистически значимым, если.
Оценка параметров на основе t-статистики, по существу, является проверкой нулевой гипотезы о равенстве генеральных параметров нулю (H 0: =0; H 0: =0;), то есть о статистически не значимой величине параметров уравнения регрессии. Уровень значимости гипотезы, как правило, принимается: = 0,05. Если расчетный уровень значимости меньше 0,05 , то нулевая гипотеза отвергается и принимается альтернативная - о статистической значимости параметра.
Продолжим рассмотрение примера. В таблице 7.1 в графе «B» приведены значения параметров, в графе Std.Err.ofB - величины стандартных ошибок параметров (), в графе t(77 – число степеней свободы) рассчитаны значения t - статистики с учетом числа степеней свободы. Для оценки статистической значимости параметров расчетные значения t - статистик необходимо сравнить с табличным значением. Заданному уровню значимости (0,05) в таблице нормального распределения соответствует t = 1,96. Поскольку 18,02, 10,84, т.е. , следует признать статистическую значимость полученных значений параметров, т.е. эти значения сформированы под влиянием не случайных факторов и отражают тенденцию связи между анализируемыми показателями.
Для оценки статистической значимости уравнения в целом обратимся к значению F-критерия Фишера (см. таблицу 7.1). Расчетное значение F-критерия = 117,51, табличное значение критерия, исходя из соответствующего числа степеней свободы (для факторной дисперсии d.f. =1, для остаточной дисперсииd.f. =77), равно 4,00 (см. приложение.....). Таким образом, 
, следовательно, уравнение регрессии в целом статистически значимо. В такой ситуации можно говорить и о статистической значимости величины коэффициента детерминации, т.е. вариация среднедушевых доходов населения в регионах России на 60 процентов может быть объяснена вариацией объемов валового регионального продукта на душу населения.
Проводя оценку статистической значимости уравнения регрессии и его параметров, можем получить различное сочетание результатов.
· Уравнение по F-критерию статистически значимо и все параметры уравнения по t-статистике тоже статистически значимы. Данное уравнение может быть использовано как для принятия управленческих решений (на какие факторы следует воздействовать, чтобы получить желаемый результат), так и для прогнозирования поведения признака-результата при тех или иных значениях факторов.
· По F-критерию уравнение статистически значимо, но незначимы параметры (параметр) уравнения. Уравнение может быть использовано для принятия управленческих решений (касающихся тех факторов, по которым получено подтверждение статистической значимости их влияния), но уравнение не может быть использовано для прогнозирования.
· Уравнение по F-критерию статистически незначимо. Уравнение не может быть использовано. Следует продолжить поиск значимых признаков-факторов или аналитической формы связи аргумента и отклика.
Если подтверждена статистическая значимость уравнения и его параметров, то может быть реализован, так называемый, точечный прогноз, т.е. получена оценка значения признака-результата (y) при тех или иных значениях фактора (x).
Совершенно очевидно, что прогнозное значение зависимой переменной, рассчитанное на основе уравнения связи, не будет совпадать с фактическим ее значением (
).Графически эта ситуация подтверждается тем, что не все точки поля корреляции лежат на линии регрессии,лишь при функциональной связи линия регрессии пройдет через все точки диаграммы рассеивания. Наличие расхождений между фактическими и теоретическими значениями зависимой переменной связано, прежде всего, с самой сутью корреляционной зависимости:одновременно на результат воздействует множество факторов, из которых только часть может быть учтена в конкретном уравнении связи. Кроме того, может быть неверно выбрана форма связи результата и фактора (тип уравнения регрессии). В связи с этим возникает вопрос, насколько информативно построенное уравнение связи. На этот вопрос отвечают два показателя: коэффициент детерминации (о нем уже говорилось выше) и стандартная ошибка оценивания.
Разность между фактическими и теоретическими значениями зависимой переменной называют отклонениями или ошибками, или остатками . На основе этих величин рассчитывается остаточная дисперсия. Квадратный корень из остаточной дисперсии и является среднеквадратической (стандартной) ошибкой оценивания:
= 
(7.8)
Стандартная ошибка уравнения измеряется в тех же единицах, что и прогнозируемый показатель. Если ошибки уравнения подчиняются нормальному распределению (при больших объемах данных), то 95 процентов значений должны находиться от линии регрессии на расстоянии, не превышающем 2S (исходя из свойства нормального распределения - правила трех сигм). Величина стандартной ошибки оценивания используется при расчете доверительных интервалов при прогнозировании значения признака - результата для конкретной единицы совокупности.
В практических исследованиях часто возникает необходимость в прогнозе среднего значения признака - результата при том или ином значении признака - фактора. В этом случае в расчете доверительного интервала для среднего значения зависимой переменной()
учитывается величина средней ошибки:
(7.9)
Использование разных величин ошибок объясняется тем, что изменчивость уровней показателей у конкретных единиц совокупности гораздо выше, чем изменчивость среднего значения, следовательно, ошибка прогноза среднего значения меньше.
Доверительный интервал прогноза среднего значения зависимой переменной:
, (7.10)
где 
- предельная ошибка оценки (см. теорию выборки); t – коэффициент доверия, значение которого находится в соответствующей таблице, исходя из принятого исследователем уровня вероятности (числа степеней свободы) (см. теорию выборки).
Доверительный интервал для прогнозируемого значения признака-результата может быть рассчитан и с учетом поправки на смещение (сдвиг) линии регрессии. Величина поправочного коэффициента определяется:
(7.11)
где - значение признака-фактора, исходя из которого, прогнозируется значение признака-результата.
Отсюда следует, что чем больше значение отличается от среднего значения признака-фактора, тем больше величина корректирующего коэффициента, тем больше ошибка прогноза. С учетом данного коэффициента доверительный интервал прогноза будет рассчитываться:
На точность прогноза на основе уравнения регрессии могут влиять разные причины. Прежде всего, следует учитывать, что оценка качества уравнения и его параметров проводится, исходя из предположения о нормальном распределении случайных остатков. Нарушение этого допущения может быть связано с наличием резко отличающихся значений в данных, с неравномерной вариацией, с наличием нелинейной зависимости. В этом случае качество прогноза снижается. Второй момент, о котором следует помнить, - значения факторов, учитываемые при прогнозировании результата, не должны выходить за пределы размаха вариации данных, на основе которых построено уравнение.
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-01-08
