13

Простая регрессия

[30/100%]
Показать
LaTeX
Задача 13.1

Это регрессионное уравнение было оценено с использованием данных об абитуриентах, принятых как в колледж Помона, так и в другой колледж, входящий в топ-20 малых колледжей гуманитарных наук по версии US News World Report:

Y=.2935(.0781)+.0293X(.0065),R2=.562 \mathrm{Y}=\underset {(.0781)}{.2935}+\underset {(.0065)}{.0293 \mathrm{X}}, \mathrm{R}^{2}=.562

где: Y=\mathrm{Y}= доля студентов, принятых как в этот колледж, так и в колледж Помона, которые поступили в колледж Помона; среднее значение =.602=.602 X = рейтинг этого колледжа по версии US News World Report ()== стандартная ошибка

?
(a)

Как были получены числа .2935 и .0293? (Не приводите формул; объясните словами, на чём основаны формулы.)

(b)

Объясните, почему вас не удивляет, что R-квадрат для этого уравнения не равен 1.0.

(c)

Имеет ли коэффициент при XX правдоподобное значение?

(d)

Является ли оценённый коэффициент при XX статистически убедительным?

(e)

Какова нулевая гипотеза в (d)?

(f)

Каково предсказанное значение YY при X=30X=30?

(g)

Почему не следует всерьёз воспринимать прогноз в (f)?

Задача 13.2

Объясните, согласны вы или не согласны с каждым из этих утверждений о модели простой регрессии:

?
(a)

Если оценённый наклон в уравнении простой регрессии отрицателен, он не может быть статистически значимым.

(b)

Оценённый коэффициент корреляции не зависит от того, какая переменная является зависимой, а какая — объясняющей.

(c)

Обычный метод наименьших квадратов предполагает, что объясняющая переменная имеет нормальное распределение.

Задача 13.3

Два исследователя использовали годовые данные за 2000-2021 годы для оценки модели простой регрессии, где X=X= процентное изменение индекса SP 500 с 1 по 31 января, а Y=\mathrm{Y}= процентное изменение индекса цен акций SP 500 с 1 февраля по 31 декабря того же года:

Авторы сообщили, что Y=4.670−3.081X,R2=.22,b=−3.08,tY=4.670-3.081 X, R^{2}=.22, b=-3.08, t-значение =−2.39,p=-2.39, p-значение == .1917. Бета не является существенной, поскольку tt-значение меньше 2. Мы можем отклонить нулевую гипотезу. Наши результаты показывают, что процентное изменение SP 500 за период февраль-декабрь не зависит от процентного изменения в январе. Укажите пять различных проблем в этом анализе.

?
Задача 13.4

Уравнение Y=α+βX+ε\mathrm{Y}=\alpha +\beta \mathrm{X}+\varepsilon было оценено методом обычных наименьших квадратов. Объясните, согласны вы или не согласны со следующими утверждениями:

?
(a)

Регрессия методом наименьших квадратов минимизирует сумму⁡∑i=1n(X1−X‾)2\operatorname {сумму} \sum_{i=1}^{n}\left(X_{1}-\overline{X}\right)^{2}

(b)

R2R^{2} равен квадрату коэффициента корреляции.

(c)

Удвоение числа наблюдений, при котором новые данные в точности повторяют исходные данные, увеличило бы R2\mathrm{R}^{2}.

(d)

R2=1R^{2}=1 означает Y=XY=X.

Задача 13.5

Исследователь хотел изучить выгорание в соревновательном маунтинбайке. Он рассмотрел всех калифорнийских маунтинбайкеров категории U23 (в возрасте 19-22 лет) в 2012 году и подсчитал общее число санкционированных соревнований, в которых они участвовали, будучи в категории U23, и будучи в юниорской категории (в возрасте 17-18 лет). Регрессия методом наименьших квадратов дала Y=1.45+1.11X\mathrm{Y}=1.45+1.11 \mathrm{X}, при t=7.91\mathrm{t}=7.91 для оценки наклона и R-квадрат =.5=.5.

?
(a)

Какая(ие) наиболее важная(ые) проблема(ы) с этими данными?

(b)

Какая переменная в регрессионном уравнении должна быть зависимой?

(c)

Меньше ли двустороннее p-значение для оценки наклона, чем .05?

(d)

Объясните, согласны вы или не согласны со следующей интерпретацией результатов регрессии: «Это показывает, что гонщики, как правило, участвовали в примерно одинаковом числе гонок в качестве юниоров и в качестве U23».

Задача 13.6

Исследователь задал следующую модель временного ряда

Y=α+βX+ε Y=\alpha +\beta X+\varepsilon

где: Y=\mathrm{Y}= годовое процентное изменение расходов домохозяйств X=\mathrm{X}= годовое процентное изменение индекса цен акций SP 500 Он сообщил следующие результаты

Оценка α=.21\alpha =.21

Оценка β=.48\beta =.48 > Оценка ε=1.13\varepsilon =1.13 > t=2.43t=2.43 для проверки H0:X=0H_{0}: X=0:

Какие две ошибки вы видите в этих сообщённых результатах?

?
Задача 13.7

Были собраны данные о 25 новых автомобилях об их весе (X)(X) и расчётном расходе топлива на шоссе в милях на галлон (Y)(Y). Модель Y=α+βX+εY=\alpha +\beta X+\varepsilon была оценена методом обычных наименьших квадратов тремя разными способами: (a) данные были упорядочены по алфавиту по названию автомобиля; (b) данные были упорядочены численно от самого лёгкого автомобиля до самого тяжёлого; и (c) данные были упорядочены численно от наименьшего расхода топлива до наибольшего. Какая процедура дала наименьшую оценку свободного члена? Какая дала наибольшую оценку?

?
Задача 13.8

Уравнение Y=α+βX+εY=\alpha +\beta X+\varepsilon было оценено методом обычных наименьших квадратов. Как удвоение числа наблюдений, при котором новые данные в точности повторяют исходные данные, повлияло бы на

?
(a)

оценки наклона и свободного члена?

(b)

стандартную ошибку оценки наклона?

(c)

tt-значение оценки наклона?

(d)

R2\mathrm{R}^{2}?

Задача 13.9

Регрессионная модель была построена для предсказания цены продажи домов в Elm City:

Мы рассмотрели заявленные (запрашиваемые) цены на 60 домов, выставленных на продажу в Elm City. Мы записали площадь в квадратных футах и цену объекта и использовали эту информацию для построения диаграммы рассеяния с линией наименьшей регрессии. Связь между площадью в квадратных футах и ценой объявления была положительной. Уравнение имеет вид y=242+.00247xy=242+.00247 x, где y=y= площадь в квадратных футах, а x=x= запрашиваемая цена. Как бы вы улучшили это исследование и отчёт о результатах?

?
Задача 13.10

Критически оцените:

Многие полагают, что скачок цен на нефть в 1979 году повысил уровень безработицы в США. Однако, когда я использовал месячные данные за 1979 год для оценки уравнения U=α+βP+εU=\alpha +\beta P+\varepsilon, где UU — уровень безработицы, а PP — цена техасской сырой нефти, оценённый наклон оказался статистически незначимым, что доказывает, что цены на нефть на самом деле не влияли на уровень безработицы.

?
Задача 13.11

Исследователь использовал метод наименьших квадратов для оценки уравнения Y=α+βX+εY=\alpha +\beta X+\varepsilon, где Y=\mathrm{Y}= средний балл (GPA) в колледже, а X=\mathrm{X}= средний балл в средней школе. Сначала он оценил уравнение, используя все свои данные. Затем он разделил свои данные на студентов-мужчин и студенток-женщин и оценил отдельные уравнения для каждого пола. Укажите три очевидные ошибки, которые вы видите в этих сообщённых результатах.

(): стандартная ошибка

?
Задача 13.12

В регрессии 2005 года методом наименьших квадратов оценивалась связь между долларовыми ценами P 45 подержанных седанов Audi A4 2.8L 2001 года выпуска с механической коробкой передач и числом миль M, пройденных автомобилем:

P=16,958−.0677M,R2=.70(2,553)(.0233) \begin{gathered} \mathrm{P}=16,958-.0677 \mathrm{M}, \mathrm{R}^{2}=.70 \\ (2,553) \quad (.0233) \end{gathered}

Стандартные ошибки указаны в скобках.

?
(a)

Кажется ли значение 16,958 разумным?

(b)

Кажется ли значение -.0677 разумным?

(c)

Является ли оценённая связь между M и P статистически убедительной?

(d)

Следует ли поменять переменные местами, поставив M в левой части, а P — в правой?

(e)

Предположим, что истинная связь имеет вид P=α−β1M+β2C+ε\mathrm{P}=\alpha -\beta_{1} \mathrm{M}+\beta_{2} \mathrm{C}+\varepsilon, где C — состояние автомобиля (шкала от 11 до 55, где 5 — наилучшее), а α,β1\alpha , \beta_{1} и β2\beta_{2} все положительны. Если MM и CC отрицательно коррелированы, приводит ли исключение C из оцениваемого уравнения к смещению оценки β1\beta_{1} вверх или вниз?

Задача 13.13

Вот отрывок из дебатов между двумя известными экономистами о связи между ростом денежной массы и уровнем инфляции. С каким экономистом вы согласны в вопросе о том, подразумевает ли регрессия причинность? Стив Ханке: Я связал темп роста денежной массы с уровнем инфляции [в] 147 странах, и мера денежной массы, которую я использовал — это M2, и что мы получаем в итоге? У нас почти идеальная корреляция. Джон Кокрейн: Корреляция — это не причинность. Мы знаем это всегда. Стив Ханке: Я также провёл регрессию, а это подразумевает причинность. Джон Кокрейн: О, нет-нет. Корреляция не подразумевает причинность. Да ладно вам.

?
Задача 13.14

Исследователь получил баллы теста SAT (X) и средние баллы в колледже (Y) для 396 студентов колледжа и сообщил следующие результаты регрессии:

Y=1146.0+1.4312X,R2=0(195.6)(71111.6)[5.86][.02] \begin{align} \mathrm{Y}= & 1146.0& +& 1.4312 \mathrm{X}, \mathrm{R} 2=0 \\ & (195.6) & & (71111.6) \\ & [5.86] & & [.02] \end{align}

(): стандартные отклонения [ ]: t-значения

?
(a)

В этих результатах есть серьёзная ошибка. В чём она заключается?

(b)

Исследователь заключил, что «следовательно, я отклоняю нулевую гипотезу и заключаю, что баллы SAT и оценки не связаны». На чём основан этот вывод и почему он неверен?

Задача 13.15

В исследовании 15 акций, пользовавшихся бешеной популярностью в 1970-х годах, были собраны следующие данные: (1) отношение цены к прибыли (P/E) по состоянию на декабрь 1972 года и (2) годовая процентная норма доходности (R) с 1973 по 2000 год. Какой статистический тест вы бы использовали, чтобы выяснить, склонны ли акции с высоким P/E иметь низкую годовую доходность? (Вам не нужно фактически проводить тест, просто чётко его определите.) Обязательно укажите нулевую гипотезу и то, как бы вы её проверили.

P/E 1972R
Polaroid90.7-6.07
McDonald's85.711.85
Walt Disney81.610.58
Avon Products65.46.30
Kresge (ныне Kmart)54.31.20
Simplicity Pattern53.1-2.01
Xerox48.8-1.99
Eastman Kodak48.22.68
Coca-Cola47.614.64
IBM37.48.65
Procter \Gamble32.012.27
PepsiCo29.316.17
General Electric26.116.85
Philip Morris25.918.00
Gillette25.914.89
?
Задача 13.16

Профессор финансов оценил эту модель, чтобы выяснить, могут ли инвесторы увеличить свою доходность, покупая акции с высоким отношением PEG:

Модель имеет вид

R=α+βPEG+ε \mathrm{R}=\alpha +\beta \mathrm{PEG}+\varepsilon

используя следующие данные по 30 акциям, входящим в индекс Dow-Jones Industrial Average, по состоянию на 31 декабря каждого года в период с 31 декабря 2004 года по 31 декабря 2021 года. > P=P= цена акции за штуку по состоянию на 31 декабря этого года > E=E= прибыль на акцию за предыдущий год > G=G= темп роста прибыли за следующие 5 лет > PEG = (P/E)/G > R=R= норма доходности акции за следующие 7 месяцев; с 1 января по 31 июля

?
(a)

Какие два наиболее важных вопроса вы бы подняли в связи с этим анализом?

(b)

Приведите как минимум три способа, которыми можно было бы улучшить представление этих результатов:

КоэффициентСтандартная ошибка
Константа.0198368.0238002
PEG.0050861∗∗.0050861^{* *}.0017132
: Оценки методом наименьших квадратов показывают статистически значимую связь между PEG и R:

**: p<.05\mathrm{p}<.05

Задача 13.17

Налогоплательщики США могут либо использовать стандартный вычет, либо постатейный вычет, основанный на налогах на имущество, процентах по ипотеке, благотворительных взносах и нескольких других статьях. Вычет налогов на имущество и процентов по ипотеке призван стимулировать домовладение, которое, как считается, способствует активной гражданственности, стабильности районов и другим положительным внешним эффектам. Регрессионное уравнение по перекрёстным данным было оценено с использованием средних значений за 2015-2019 годы для каждого из 58 округов Калифорнии: Y=α+βX+ε\mathrm{Y}=\alpha +\beta \mathrm{X} +\varepsilon, где Y — процент имеющих право голоса, проголосовавших на президентских праймериз 2019 года, а X — среднее значение за 2015-2019 годы отношения числа домовладельцев к общему числу домохозяйств в каждом округе.

Оценённое значение β\beta составило 19.35 при стандартной ошибке 20.95. Объясните, согласны вы или не согласны с выводом авторов о том, что

Хотя домовладение, по-видимому, оказывает экономически значимое и положительное влияние на процент голосования, статистической значимости недостаточно. Следовательно, критики вычета процентов по ипотеке получают дополнительное подтверждение того, что домовладение не стимулирует голосование.

?
Задача 13.18

Что вызывает недоумение в этом графике остатков регрессии методом наименьших квадратов?

?
Задача 13.19

Это регрессионное уравнение было оценено с использованием данных для 481 избирательного участка переписи Калифорнии, которые более чем на 95%95 \% состояли из латиноамериканцев в 2008 году,

Y=.843+.00023X,R2=.0025 Y=.843+.00023 X, R^{2}=.0025

[97.12] [1.18] где: Y=\mathrm{Y}= процент голосов, отданных за обе партии, полученных Бараком Обамой на президентских выборах 2008 года X = медианный доход домохозяйства латиноамериканцев, в тысячах долларов Значения t указаны в квадратных скобках. Укажите логическую ошибку в следующем выводе:

Доход статистически не значим; pp-значение равно .27, что означает, что существует 27-ная вероятность того, что мы принимаем нулевую гипотезу о том, что доход не влияет на голосование латиноамериканцев.

?
Задача 13.20

В 2005 году компания Granite Construction подала заявку на разрешение на строительство карьера близ Темекулы, штат Калифорния. Породу предполагалось откалывать от горы ежедневными взрывами по 10,000 фунтов взрывчатки, а затем дробить в щебень и песок, используемые для бетона, асфальта и других строительных материалов. Добыча и переработка велись бы 20 часов в сутки, 6 дней в неделю, при этом ежедневно на объект въезжало бы и выезжало 1,600 грузовиков.

Предлагаемый карьер находился в горном перевале, через который океанские бризы приносят прохладный воздух в долину Темекула. Жители были обеспокоены влиянием этого карьера на экономику города и стоимость недвижимости. Однако экономист, нанятый компанией Granite, утверждал, что в городе Корона, расположенном в 40 милях и много лет имеющем шахты, за последние 20 лет наблюдалась «прямая положительная корреляция» между годовой добычей на шахтах и стоимостью недвижимости. Жителям Темекулы, очевидно, следовало бы радоваться, что их город был выбран для этого карьера — что окажет положительное влияние на стоимость недвижимости.

Приведите чёткое, убедительное опровержение этого статистического аргумента.

?
Задача 13.21

Исследователь использовал годовые данные для игроков высшей бейсбольной лиги (MLB) с 1962 года (когда было введено нынешнее расписание из 162 игр) по 2011 год для оценки следующего уравнения

Y=−14.75(2,285)+.083X(.012),R2=.508 \mathrm{Y}=\underset {(2,285)}{-14.75}+\underset {(.012)}{.083 \mathrm{X}}, \mathrm{R}^{2}=.508

где: Y=\mathrm{Y}= среднее число хоум-ранов за игру в этом сезоне X = средний вес (в фунтах) игроков MLB а стандартные ошибки указаны в скобках. Среднее значение Y равно 1.76, а среднее значение X равно 191.76.

?
(a)

Согласны ли вы с выбором автора относительно того, какая переменная должна быть зависимой?

(b)

Почему оценённый свободный член отрицателен?

(c)

Является ли оценённый наклон существенным, правдоподобным и статистически убедительным?

(d)

Какая доля вариации YY объясняется XX?

Задача 13.22

Критически оцените:

Американский институт усов (AMI) планирует «Марш миллиона усов» на столицу страны. Их лозунг: примите «Стимул для допуска критически важных расходов на волосы», или Закон STACHE, который «предоставит ежегодный налоговый вычет в размере $250\$ 250 на расходы на средства по уходу за усами». Согласно исследованию AMI, американцы с усами зарабатывают в среднем на 4.3 больше денег в год, чем «чисто выбритые американцы». Следовательно, стимулирование отращивания усов повысит экономику. > «Учитывая очевидную связь между отращиванием и уходом за усами и доходом, представляется очевидным, что расходы на уход за усами подходят под категорию и должны считаться вычитаемыми расходами, связанными с получением дохода, согласно разделу 212 Налогового кодекса», — написал д-р Джон Йойттер, профессор налоговой политики в Северо-восточном государственном университете.

?
Задача 13.23

Исследователь оценил модель простой регрессии, используя данные о доходности фондового рынка для следующих пар (X,Y)(\mathrm{X}, \mathrm{Y}): X=\mathrm{X}= доходность 1930 года, Y=\mathrm{Y}= средняя доходность за 1930-1939 годы; X=\mathrm{X}= доходность 1940 года, Y=\mathrm{Y}= средняя доходность за 1940-1949 годы, и так далее. Оценённая корреляция оказалась положительной, что привело его к выводу о том, что годовая доходность фондового рынка может быть использована для прогнозирования доходности на следующие 10 лет. Какой статистический изъян вы видите в его процедуре?

?
Задача 13.24

Исследование, изучавшее число упоминаний слова economy в твитах Трампа за день и максимальную дневную температуру в Москве пятью днями позже, обнаружило следующую зависимость:

Y=49.49[65.13]+2.00Z,[2.62]R2=.01 \mathrm{Y}=\underset {[65.13]}{49.49}+\underset {[2.62]}{2.00 \mathrm{Z},} \mathrm{R}^{2}=.01

где: Y=Y= температура в Москве (∘F)({ }^{\circ } \mathrm{F}) Z=\mathrm{Z}= дневной Z-показатель для твитов Трампа со словом economy t-значения приведены в скобках.

?
(a)

Каково среднее значение ZZ?

(b)

Каково среднее значение Y?

(c)

Кажется ли вам коэффициент при Z статистически убедительным?

(d)

Кажется ли вам коэффициент при ZZ существенным?

(e)

Почему вы глубоко скептически относитесь к этому уравнению?

Задача 13.25

Объясните, почему вы согласны или не согласны с этими утверждениями:

?
(a)

«Две переменные с корреляцией +1.00 движутся вверх и вниз одновременно и с одинаковой величиной изменения».

(b)

«Если оценённый наклон в модели простой регрессии больше истинного наклона, то оценённый свободный член меньше истинного свободного члена».

Задача 13.26

Впишите правильное значение корреляции для каждого графика: −.140,−.988,.509,.863-.140,-.988, .509, .863:

?
Задача 13.27

Исследователь оценил следующее уравнение для 74 видов хлопьев для завтрака:

Y=.3834[16.81]−.0074X[3.55] \mathrm{Y}=\underset {[16.81]}{.3834}-\underset {[3.55]}{.0074 \mathrm{X}}

где: Y=\mathrm{Y}= цена за унцию X = граммы сахара на унцию

t-значения приведены в скобках. Объясните, почему вы согласны или не согласны со следующим рассуждением: «Свободный член Y, равный 0.3834, статистически значим на уровне 1%1\%. Этот результат вполне логичен, поскольку можно ожидать, что коробка хлопьев с нулевым содержанием сахара будет стоить ноль центов».

?
Задача 13.28

Исследование влияния скорости вождения на дорожную смертность оценило следующую модель методом наименьших квадратов:

Y=α+βX+ε, Y=\alpha +\beta X+\varepsilon ,

где: Y=\mathrm{Y}= число смертей на миллион пройденных миль X=\mathrm{X}= средняя скорость, миль в час Исследователь использовал приведённые ниже данные:

ГодX\mathbf{X}Y\mathbf{Y}
198057.01.6
198459.21.4
198559.51.3
?
(a)

Исследователь утверждал, что «сторонники более низких ограничений скорости ожидали бы, что β\beta будет близко к единице, отражая сильное, прямое воздействие X на Y». Что не так в этом рассуждении?

(b)

Как вы думаете, будет ли оценка β\beta методом наименьших квадратов по этим данным положительной или отрицательной?

(c)

Почему, независимо от значения оценки β\beta, вы подозрительно относитесь к её данным?

Задача 13.29

Метод наименьших квадратов будет использован для оценки модели Y=α+βX+ε\mathrm{Y}=\alpha +\beta \mathrm{X}+\varepsilon по годовым данным с 1991 по 2000 год. Если X=100\mathrm{X}=100 и Y=100\mathrm{Y}=100 в 1991 году и X=200X=200 и Y=200Y=200 в 2000 году, может ли оценка β\beta методом наименьших квадратов оказаться отрицательной? Объясните ваши рассуждения.

?
Задача 13.30

Какую из следующих сумм минимизирует регрессия методом наименьших квадратов? Объясните ваши рассуждения.

?
(a)

∑i=1n(Yi−Xi)2\sum_{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{n}}\left(\mathrm{Y}_{\mathrm{i}}-\mathrm{X}_{\mathrm{i}}\right)^{2}

(b)

∑i=1n(Yi−Y‾)2\sum_{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{n}}\left(\mathrm{Y}_{\mathrm{i}}-\overline{\mathrm{Y}}\right)^{2}

(c)

∑i=1n(Xi−X‾)2\sum_{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{n}}\left(\mathrm{X}_{\mathrm{i}}-\overline{\mathrm{X}}\right)^{2}

(d)

∑i=1n(Yi−a−bXi)2\sum_{i=1}^{n}\left(Y_{i}-a-b X_{i}\right)^{2}