อ่าน 10 นาที
แบบจำลองสมการพร้อมกัน
แบบจำลองสมการพร้อมกัน เป็น แบบจำลองทางสถิติประเภทหนึ่งที่ตัวแปรตามเป็นฟังก์ชันของตัวแปรตามอื่น ๆ...
แบบจำลองสมการพร้อมกัน
แบบจำลองสมการพร้อมกัน เป็น แบบจำลองทางสถิติประเภทหนึ่งที่ตัวแปรตามเป็นฟังก์ชันของตัวแปรตามอื่น ๆ แทนที่จะเป็นเพียงตัวแปรอิสระ[ 1 ]ซึ่งหมายความว่าตัวแปรอธิบายบางตัวถูกกำหนดร่วมกับตัวแปรตาม ซึ่งในทางเศรษฐศาสตร์มักจะเป็นผลมาจากกลไกสมดุล พื้นฐานบางอย่าง ลองพิจารณา แบบจำลอง อุปสงค์และอุปทาน ทั่วไป : โดยทั่วไปแล้วปริมาณอุปทานและอุปสงค์จะเป็นฟังก์ชันของราคาที่กำหนดโดยตลาด แต่ก็เป็นไปได้เช่นกันที่ในทางกลับกันจะเป็นจริง โดยที่ผู้ผลิตสังเกตปริมาณที่ผู้บริโภคต้องการแล้วจึงกำหนดราคา[ 2 ]
ความพร้อมกันก่อให้เกิดความท้าทายในการประมาณค่าพารามิเตอร์ทางสถิติที่สนใจ เนื่องจากสมมติฐาน Gauss–Markovของ ความ เป็นเอกพันธุ์อย่างเคร่งครัดของตัวแปรอิสระถูกละเมิด และในขณะที่การประมาณค่าสมการพร้อมกันทั้งหมดในคราวเดียวจะเป็นเรื่องปกติ แต่สิ่งนี้มักนำไปสู่ปัญหาการหาค่า เหมาะสมที่สุด แบบไม่เชิงเส้นที่มีต้นทุน การ คำนวณ สูง แม้แต่สำหรับระบบสมการเชิงเส้น ที่ง่ายที่สุดก็ตาม [ 3 ]สถานการณ์นี้กระตุ้นให้เกิดการพัฒนาเทคนิคต่างๆ ที่ประมาณค่าสมการแต่ละสมการในแบบจำลองตามลำดับ ซึ่งนำโดยคณะกรรมการ Cowlesในช่วงทศวรรษ 1940 และ 1950 [ 4 ]โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประมาณค่าความน่าจะเป็นสูงสุดแบบจำกัดข้อมูลและ กำลังสองน้อย ที่สุดแบบสองขั้นตอน[ 5 ]
รูปแบบโครงสร้างและรูปแบบลดทอน
สมมติว่ามี สมการถดถอย mสมการในรูปแบบต่อไปนี้
โดยที่iคือหมายเลขสมการ และt = 1, ..., Tคือดัชนีการสังเกต ในสมการเหล่านี้x itคือ เวกเตอร์ k i × 1 ของตัวแปรภายนอกy itคือตัวแปรตามy −i,tคือ เวกเตอร์ n i × 1 ของตัวแปรภายในอื่นๆ ทั้งหมดที่ปรากฏใน สมการ ที่iทางด้านขวามือ และu itคือพจน์ความคลาดเคลื่อน สัญลักษณ์ “− i ” แสดงว่าเวกเตอร์y −i,t อาจมีค่า yใดๆ ก็ได้ยกเว้นy it (เนื่องจากมีอยู่แล้วทางด้านซ้ายมือ) สัมประสิทธิ์การถดถอยβ iและγ iมีมิติk i × 1 และn i × 1 ตามลำดับ เมื่อเรียง การสังเกต T ครั้ง ที่สอดคล้องกับสมการที่i ในแนวตั้ง เราสามารถเขียนแต่ละสมการในรูปแบบเวกเตอร์ได้ดังนี้
โดยที่y iและu iเป็น เวกเตอร์ขนาด T× 1, X iเป็น เมทริกซ์ขนาด T×k iของตัวแปรอิสระภายนอก และY −iเป็น เมทริกซ์ขนาด T×n iของตัวแปรอิสระภายในทางด้านขวามือของ สมการ ที่iสุดท้าย เราสามารถย้ายตัวแปรอิสระภายในทั้งหมดไปทางด้านซ้ายมือและเขียน สมการทั้ง mสมการร่วมกันในรูปแบบเวกเตอร์ได้ดังนี้
การแสดงผลนี้เรียกว่ารูปแบบโครงสร้างในสมการนี้Y = [ y 1 y 2 ... y m ]คือ เมทริกซ์ T×mของตัวแปรตาม เมทริกซ์Y −i แต่ละตัว เป็น เมทริกซ์ย่อยที่มี n iคอลัมน์ของY นี้ เมท ริกซ์ Γ ขนาด m×mซึ่งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรตาม มีโครงสร้างที่ซับซ้อน มีค่า 1 อยู่บนแนวทแยง และองค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดของแต่ละคอลัมน์iจะเป็นส่วนประกอบของเวกเตอร์−γ iหรือศูนย์ ขึ้นอยู่กับว่าคอลัมน์ใดของYถูกรวมอยู่ในเมทริกซ์Y −iเมทริกซ์XขนาดT×kประกอบด้วยตัวแปรอิสระภายนอกทั้งหมดจากทุกสมการ แต่ไม่มีการซ้ำกัน (นั่นคือ เมทริกซ์Xควรมีอันดับเต็ม) ดังนั้นX i แต่ละตัวจึง เป็น เมทริกซ์ย่อยที่มี k iคอลัมน์ของXเมทริกซ์ Β มีขนาดk×mและแต่ละคอลัมน์ประกอบด้วยส่วนประกอบของเวกเตอร์β iและศูนย์ ขึ้นอยู่กับว่าตัวแปรอิสระใดจากXถูกรวมหรือถูกแยกออกจากX iสุดท้ายU = [ u 1 u 2 ... u m ]คือ เมทริกซ์ T×mของพจน์ความคลาดเคลื่อน
เมื่อคูณสมการโครงสร้างด้วยΓ −1 แล้ว ระบบสามารถเขียนในรูปแบบลดรูปได้ดังนี้
นี่เป็นแบบจำลองเชิงเส้นทั่วไป ที่เรียบง่ายอยู่แล้ว และสามารถประมาณค่าได้ เช่น โดยวิธีการกำลังสองน้อยที่สุดแบบธรรมดาอย่างไรก็ตาม การแยกเมทริกซ์ที่ประมาณค่าได้ออกเป็นปัจจัยแต่ละตัว Β และΓ −1นั้นค่อนข้างซับซ้อน ดังนั้นรูปแบบที่ลดทอนแล้วจึงเหมาะสมกว่าสำหรับการทำนาย แต่ไม่เหมาะสำหรับการอนุมาน
ข้อสมมติฐาน
ประการแรก อันดับของเมทริกซ์Xของตัวแปรอิสระภายนอกต้องเท่ากับkทั้งในตัวอย่างจำกัดและในลิมิตเมื่อT → ∞ (ข้อกำหนดหลังนี้หมายความว่าในลิมิต นิพจน์ควรลู่เข้าสู่ เมทริกซ์ k×k ที่ไม่เสื่อมสภาพ ) เมทริกซ์ Γ ก็ถือว่าไม่เสื่อมสภาพเช่นกัน
ประการที่สอง สมมติว่าพจน์ความคลาดเคลื่อนเป็นอิสระต่อกันและมีการกระจายเหมือนกันทุก ประการ กล่าวคือ ถ้า แถว ที่tของเมทริกซ์Uถูกกำหนดโดยu ( t )แล้ว ลำดับของเวกเตอร์ { u ( t ) } ควรจะเป็นอิสระและมีการ กระจาย เหมือนกัน ทุกประการ โดยมีค่าเฉลี่ยเป็นศูนย์และเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วม Σ (ซึ่งไม่ทราบค่า) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้หมายความว่าE[ U ] = 0และE[ U′U ] = TΣ
สุดท้ายนี้ จำเป็นต้องมีข้อสมมติฐานเพื่อการระบุตัวตน
การระบุตัวตน
เงื่อนไขการระบุตัวตนกำหนดให้ระบบสมการเชิงเส้นต้องสามารถหาคำตอบสำหรับพารามิเตอร์ที่ไม่ทราบค่าได้
โดยเฉพาะอย่างยิ่งเงื่อนไขลำดับซึ่งเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการระบุตัวตน คือ สำหรับแต่ละสมการk i + n i ≤ kซึ่งสามารถกล่าวได้ว่า “จำนวนตัวแปรภายนอกที่ถูกตัดออกนั้นมากกว่าหรือเท่ากับจำนวนตัวแปรภายในที่รวมอยู่”
เงื่อนไขอันดับซึ่งเป็นเงื่อนไขที่เข้มงวดกว่าและเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นและเพียงพอ คืออันดับของΠ i 0เท่ากับn iโดยที่Π i 0เป็น เมทริกซ์ขนาด ( k − k i )× n iซึ่งได้มาจากΠโดยการตัดคอลัมน์ที่สอดคล้องกับตัวแปรภายในที่ถูกยกเว้น และแถวที่สอดคล้องกับตัวแปรภายนอกที่ถูกรวมไว้
การใช้ข้อจำกัดแบบไขว้สมการเพื่อระบุตัวตน
ในแบบจำลองสมการพร้อมกัน วิธีที่พบได้บ่อยที่สุดเพื่อให้ได้การระบุตัวตนคือการกำหนดข้อจำกัดพารามิเตอร์ภายในสมการ[ 6 ] อย่างไรก็ตาม การระบุตัวตนยังสามารถทำได้โดยใช้ข้อจำกัดข้ามสมการ
เพื่อแสดงให้เห็นว่าข้อจำกัดของสมการไขว้สามารถใช้สำหรับการระบุตัวตนได้อย่างไร ให้พิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้จาก Wooldridge [ 6 ]
โดยที่ z ไม่มีความสัมพันธ์กับ u และ y เป็น ตัวแปร ภายในหากไม่มีข้อจำกัดเพิ่มเติม สมการแรกจะไม่สามารถระบุได้เนื่องจากไม่มีตัวแปรภายนอกที่ถูกยกเว้น สมการที่สองจะสามารถระบุได้ก็ต่อเมื่อδ 13 ≠ 0ซึ่งถือว่าเป็นจริงตลอดการอธิบายต่อไป
ตอนนี้เรากำหนดข้อจำกัดสมการไขว้ของδ 12 = δ 22เนื่องจากสมการที่สองได้รับการระบุแล้ว เราจึงสามารถถือว่าδ 12เป็นที่ทราบแล้วเพื่อวัตถุประสงค์ในการระบุ จากนั้นสมการแรกจะกลายเป็น:
จากนั้น เราสามารถใช้( z 1 , z 2 , z 3 )เป็นเครื่องมือในการประมาณค่าสัมประสิทธิ์ในสมการข้างต้น เนื่องจากมีตัวแปรภายในหนึ่งตัว ( y 2 ) และตัวแปรภายนอกที่ถูกยกเว้นหนึ่งตัว ( z 2 ) ทางด้านขวามือ ดังนั้น ข้อจำกัดข้ามสมการแทนที่จะเป็นข้อจำกัดภายในสมการ สามารถทำให้เกิดการระบุตัวตนได้
การประมาณการ
วิธีการกำลังสองน้อยที่สุดแบบสองขั้นตอน (2SLS)
วิธีการประมาณค่าที่ง่ายที่สุดและเป็นที่นิยมที่สุดสำหรับแบบจำลองสมการพร้อมกันคือวิธีที่เรียกว่าวิธีสองขั้นตอนกำลังสองน้อยที่สุด[ 7 ]ซึ่งพัฒนาโดยอิสระโดยTheil (1953) และ Basmann (1957) [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] เป็นเทคนิคแบบสมการต่อสมการ โดยตัวแปรอิสระภายในทางด้านขวามือของแต่ละสมการจะถูกใช้ตัวแปรอิสระXจากสมการอื่นๆ ทั้งหมดเป็นตัวแปรเครื่องมือ วิธีนี้เรียกว่า "สองขั้นตอน" เพราะทำการประมาณค่าในสองขั้นตอน: [ 7 ]
- ขั้นตอนที่ 1 : ทำการวิเคราะห์การถดถอยของY −iกับXและหาค่าที่ทำนายได้;
- ขั้นตอนที่ 2 : ประมาณค่าγ i , β iโดยใช้การ ถดถอย กำลังสองน้อยที่สุดแบบธรรมดาของy iบนและX i
ถ้า สมการ ที่iในแบบจำลองเขียนได้ดังนี้
โดยที่Z iเป็น เมทริกซ์ T× ( n i + k i ) ของตัวแปรอิสระทั้งภายในและภายนอกใน สมการ ที่iและδ iเป็นเวกเตอร์สัมประสิทธิ์การถดถอยมิติ ( n i + k i ) จากนั้นตัวประมาณค่า 2SLS ของδ iจะได้รับจาก[ 7 ]
โดยที่P = X ( X ′ X ) −1 X ′คือเมทริกซ์การฉายภาพลงบนปริภูมิเชิงเส้นที่สร้างขึ้นโดยตัวแปรอิสระภายนอก X
วิธีกำลังสองน้อยที่สุดทางอ้อม
วิธีการกำลังสองน้อยที่สุดทางอ้อมเป็นแนวทางในเศรษฐศาสตร์เชิง ปริมาณ ที่ค่าสัมประสิทธิ์ในแบบจำลองสมการพร้อมกันจะถูกประมาณจาก แบบจำลอง รูปแบบลดรูปโดยใช้ กำลังสองน้อยที่สุด แบบธรรมดา[ 11 ] [ 12 ] สำหรับวิธีนี้ระบบสมการเชิงโครงสร้างจะถูกแปลงเป็นรูปแบบลดรูปก่อน เมื่อค่าสัมประสิทธิ์ได้รับการประมาณแล้ว แบบจำลองจะถูกนำกลับไปอยู่ในรูปแบบเชิงโครงสร้าง
ความน่าจะเป็นสูงสุดที่มีข้อมูลจำกัด (LIML)
วิธีการหาค่าความน่าจะเป็นสูงสุดแบบ “ข้อมูลจำกัด” ได้รับการเสนอแนะโดยMA Girshickในปี พ.ศ. 2490 [ 13 ]และได้รับการกำหนดรูปแบบอย่างเป็นทางการโดยTW AndersonและH. Rubinในปี พ.ศ. 2492 [ 14 ]วิธีนี้ใช้เมื่อสนใจที่จะประมาณสมการโครงสร้างเพียงสมการเดียวในแต่ละครั้ง (จึงเป็นที่มาของชื่อข้อมูลจำกัด) เช่น สำหรับการสังเกต i:
สมการโครงสร้างสำหรับตัวแปรภายในที่เหลือ Y −iไม่ได้ระบุไว้ และแสดงในรูปแบบย่อ:
สัญลักษณ์ในบริบทนี้จะแตกต่างจาก กรณี IV แบบง่าย โดยมีรูปแบบดังนี้:
- ตัวแปรภายใน (Endogenous variable(s))
- ตัวแปรภายนอก
- : เครื่องดนตรี (มักระบุด้วยสัญลักษณ์)
สูตรที่ชัดเจนสำหรับ LIML คือ: [ 15 ]
โดยที่M = I − X ( X ′ X ) −1 X ′และλคือรากเฉพาะที่เล็กที่สุดของเมทริกซ์:
โดยที่ในทำนองเดียวกัน M i = I − X i ( X i ′ X i ) −1 X i ′ .
กล่าวอีกนัยหนึ่งλคือคำตอบที่เล็กที่สุดของปัญหาค่าลักษณะเฉพาะทั่วไปดูTheil (1971 , หน้า 503):
ตัวประมาณคลาส K
LIML เป็นกรณีพิเศษของตัวประมาณค่าคลาส K: [ 16 ]
กับ:
ตัวประมาณค่าหลายตัวจัดอยู่ในกลุ่มนี้:
- κ=0: OLS
- κ=1: 2SLS โปรดสังเกตว่าในกรณีนี้เมทริกซ์การฉายภาพปกติของ 2SLS
- κ=λ: LIML
- κ=λ - α / (nK): ตัวประมาณค่าของFuller (1977) [ 17 ]โดยที่ K แทนจำนวนเครื่องมือ n แทนขนาดตัวอย่าง และ α แทนค่าคงที่บวกที่ต้องระบุ ค่า α=1 จะให้ตัวประมาณค่าที่ไม่เอนเอียงโดยประมาณ[ 16 ]
วิธีการกำลังสองน้อยที่สุดสามขั้นตอน (3SLS)
ตัวประมาณค่ากำลังสองน้อยที่สุดแบบสามขั้นตอนได้รับการแนะนำโดยZellner & Theil (1962) [ 18 ] [ 19 ] สามารถ มองได้ว่าเป็นกรณีพิเศษของGMM แบบหลายสมการ โดยที่ชุดของตัวแปรเครื่องมือเป็นตัวแปรทั่วไปสำหรับทุกสมการ[ 20 ]หากตัวแปรอิสระทั้งหมดถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าแล้ว 3SLS จะลดลงเหลือการถดถอยที่ดูเหมือนไม่เกี่ยวข้องกัน (SUR) ดังนั้นจึงอาจมองได้ว่าเป็นการรวมกันของกำลังสองน้อยที่สุดแบบสองขั้นตอน (2SLS) กับ SUR
การประยุกต์ใช้ในสังคมศาสตร์
แบบจำลองสมการพร้อมกันถูกนำไปใช้กับปรากฏการณ์การสังเกตต่างๆ ในหลายสาขาและสาขาวิชา สมการเหล่านี้ถูกนำมาใช้เมื่อถือว่าปรากฏการณ์มีความสัมพันธ์เชิงสาเหตุซึ่งกันและกัน ตัวอย่างคลาสสิกคืออุปสงค์และอุปทานในเศรษฐศาสตร์ในสาขาวิชาอื่นๆ มีตัวอย่างเช่น การประเมินผู้สมัครและการระบุตัวตนของพรรค[ 21 ]หรือความคิดเห็นสาธารณะและนโยบายสังคมในรัฐศาสตร์ [ 22 ] [ 23 ] การลงทุนด้านถนนและความต้องการการเดินทางในภูมิศาสตร์[ 24 ]และความสำเร็จทางการศึกษาและการเข้าสู่การเป็นพ่อแม่ในสังคมวิทยาหรือประชากรศาสตร์[ 25 ]แบบจำลองสมการพร้อมกันต้องใช้ทฤษฎีของความเป็นเหตุเป็นผลซึ่งกันและกัน ซึ่งรวมถึงคุณลักษณะพิเศษ หากผลกระทบเชิงสาเหตุจะถูกประเมินเป็นการป้อนกลับพร้อมกัน แทนที่จะเป็น 'บล็อก' ด้านเดียวของสมการที่นักวิจัยสนใจผลกระทบเชิงสาเหตุของ X ต่อ Y ในขณะที่คงผลกระทบเชิงสาเหตุของ Y ต่อ X ไว้คงที่ หรือเมื่อนักวิจัยรู้ระยะเวลาที่แน่นอนที่ใช้สำหรับผลกระทบเชิงสาเหตุแต่ละอย่างเกิดขึ้น กล่าวคือ ความยาวของความล่าช้าเชิงสาเหตุ แทนที่จะเป็นผลกระทบที่ล่าช้า การป้อนกลับพร้อมกันหมายถึงการประเมินผลกระทบพร้อมกันและต่อเนื่องของ X และ Y ที่มีต่อกัน ซึ่งต้องใช้ทฤษฎีที่ว่าผลกระทบเชิงสาเหตุเกิดขึ้นพร้อมกันในเวลา หรือมีความซับซ้อนมากจนดูเหมือนว่าจะมีพฤติกรรมพร้อมกัน ตัวอย่างทั่วไปคืออารมณ์ของเพื่อนร่วมห้อง[ 26 ]ในการประมาณแบบจำลองการป้อนกลับพร้อมกัน จำเป็นต้องมีทฤษฎีสมดุลด้วย กล่าวคือ X และ Y อยู่ในสถานะคงที่หรือเป็นส่วนหนึ่งของระบบ (สังคม ตลาด ห้องเรียน) ที่อยู่ในสถานะที่ค่อนข้างคงที่[ 27 ]
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- Asteriou, Dimitrios; Hall, Stephen G. (2011). เศรษฐศาสตร์เชิงปริมาณประยุกต์ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง). Basingstoke: Palgrave Macmillan. หน้า 395. ISBN 978-0-230-27182-1.
- Chow, Gregory C. (1983). เศรษฐศาสตร์เชิงปริมาณ . นิวยอร์ก: McGraw-Hill. หน้า 117–121 . ISBN 0-07-010847-1.
- Fomby, Thomas B.; Hill, R. Carter; Johnson, Stanley R. (1984). "แบบจำลองสมการพร้อมกัน" วิธีการทางเศรษฐมิติขั้นสูงนิวยอร์ก: Springer. หน้า 437–552 . ISBN 0-387-90908-7.
- Maddala, GS ; Lahiri, Kajal (2009). "แบบจำลองสมการพร้อมกัน". บทนำสู่เศรษฐศาสตร์เชิงปริมาณ (ฉบับที่สี่). นิวยอร์ก: Wiley. หน้า 355–400 . ISBN 978-0-470-01512-4.
- Ruud, Paul A. ( 2000). "สมการพร้อมกัน" บทนำสู่ทฤษฎีเศรษฐมิติแบบคลาสสิกสำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด หน้า 697–746 ISBN 0-19-511164-8.
- Sargan, Denis (1988). Lectures on Advanced Econometric Theory . Oxford: Basil Blackwell. หน้า 68–89 . ISBN 0-631-14956-2.
- วูลดริดจ์, เจฟฟรีย์ เอ็ม. (2013). "แบบจำลองสมการพร้อมกัน" เศรษฐศาสตร์เบื้องต้น (ฉบับที่ห้า). เซาท์-เวสเทิร์น. หน้า 554–582 . ISBN 978-1-111-53104-1.
ลิงก์ภายนอก
- วิดีโอบรรยายเรื่องปัญหาการระบุตัวตนใน 2SLS และการประมาณค่าบน YouTubeโดย Mark Thoma
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ แบบจำลองสมการพร้อมกัน
แบบจำลองสมการพร้อมกัน เป็น แบบจำลองทางสถิติประเภทหนึ่งที่ตัวแปรตามเป็นฟังก์ชันของตัวแปรตามอื่น ๆ...
รูปแบบโครงสร้างและรูปแบบลดทอน
สมมติว่ามี สมการถดถอย m สมการในรูปแบบต่อไปนี้
ข้อสมมติฐาน
ประการแรก อันดับของเมทริกซ์ X ของตัวแปรอิสระภายนอกต้องเท่ากับ k ทั้งในตัวอย่างจำกัดและในลิมิตเมื่อ T → ∞ (ข้อกำหนดหลังนี้หมายความว่าในลิมิต นิพจน์ควรลู่เข้าสู่ เมทริกซ์ k×k ที่ไม่เสื่อมสภาพ ) เมทริกซ์ Γ ก็ถือว่าไม่เสื่อมสภาพเช่นกัน 1 ที X ′ X {\displaystyle...
การระบุตัวตน
เงื่อนไข การระบุตัวตน กำหนดให้ ระบบสมการเชิงเส้น ต้องสามารถหาคำตอบสำหรับพารามิเตอร์ที่ไม่ทราบค่าได้