Dlaczego RSS jest dystrybuowany chi razy razy np?


28

Chciałbym zrozumieć, dlaczego w modelu OLS rozkłada się RSS (resztkową sumę kwadratów)

χ2⋅(n−p)
( p oznacza liczbę parametrów w modelu, n liczbę obserwacji).

Przepraszam, że zadałem tak podstawowe pytanie, ale wydaje się, że nie jestem w stanie znaleźć odpowiedzi online (lub w moich, bardziej zorientowanych na aplikację podręcznikach).


3
Zauważ, że odpowiedzi pokazują, że twierdzenie nie jest całkiem poprawne: rozkład RSS wynosi σ2 (nie n−p ) razy rozkład χ2(n−p) gdzie σ2 jest prawdziwą wariancją błędów.
— whuber

Odpowiedzi:


36

Rozważam następujący model liniowy: y=Xβ+ϵ .

Wektor reszt szacowany jest przez

ϵ^=y−Xβ^=(I−X(X′X)−1X′)y=Qy=Q(Xβ+ϵ)=Qϵ

gdzie Q=I−X(X′X)−1X′ .

Zauważ, że (ślad jest niezmienny przy cyklicznej permutacji) i że Q ′ = Q = Q 2 . Wartości własne Q wynoszą zatem 0 i 1 (niektóre szczegóły poniżej). Zatem istnieje macierz jednostkowa V taka, że ​​( macierze można diagonalizować za pomocą macierzy jednolitych wtedy i tylko wtedy, gdy są one normalne ).tr(Q)=n−pQ′=Q=Q2Q01V

V′QV=Δ=diag(1,…,1⏟n−p times,0,…,0⏟p times)

Teraz niech ε .K=V′ϵ^

Od ε ~ N ( 0 , Ď 2 Q ) mamy K ~ N ( 0 , Ď 2 Δ ) , a zatem K n - s + 1 = ... = K n = 0 . A zatemϵ^∼N(0,σ2Q)K∼N(0,σ2Δ)Kn−p+1=…=Kn=0

‖K‖2σ2=‖K⋆‖2σ2∼χn−p2

z .K⋆=(K1,…,Kn−p)′

Ponadto, ponieważ jest macierzą jednolitą, my również mamyV

‖ϵ^‖2=‖K‖2=‖K⋆‖2

A zatem

RSSσ2∼χn−p2

Na koniec zauważ, że wynik ten implikuje

E(RSSn−p)=σ2

Ponieważ The minimal wielomianu o dzieli wielomian . Zatem wartości własne mieszczą się w zakresie od do . Ponieważ jest również sumą wartości własnych pomnożonych przez ich wielokrotność, musimy koniecznie mieć, że jest wartością własną o wielokrotności a zero jest wartością własną o wielokrotności .Q2−Q=0Qz2−zQ01tr(Q)=n−p1n−pp


1
(+1) Dobra odpowiedź. Można ograniczyć uwagę do ortogonalnej, zamiast jednolitej ponieważ jest rzeczywiste i symetryczne. Co to jest ? Nie widzę tego zdefiniowanego. Lekko zmieniając argument, można również uniknąć użycia zdegenerowanej normy, w przypadku, gdy wywołuje to konsternację dla tych, którzy się jej nie znają. VQSCR
— kardynał

2
@Kardynał. Słuszna uwaga. SCR (po francusku „Somme des Carrés Résiduels”) powinien mieć format RSS.
— ocram

Dziękujemy za szczegółową odpowiedź Ocram! Niektóre kroki będą wymagały ode mnie więcej spojrzenia, ale mam teraz zarys do przemyślenia - dzięki!
— Tal Galili,

@Glen_b: Och, kilka dni temu dokonałem edycji, aby zmienić SCR na SRR. Nie pamiętam, że SCR jest wspomniany w moim komentarzu. Przepraszam za zamieszanie.
— ocram

@Glen_b: To miało znaczyć RSS: -S Zredagowane ponownie. Thx
— ocram

9

IMHO, notacja matematyczna komplikuje sprawy. Czysty język wektorów jest czystszy. Model można zapisać gdzie ma standardowy rozkład normalny w a zakłada się, że należy do podprzestrzeni wektorowej .Y=Xβ+ϵY=μ+σGGRnμW⊂Rn

Teraz w grę wchodzi język geometrii elementarnej. Najmniejszych kwadratów estymatora z jest tylko : rzut prostopadły obserwowalny na powierzchni , do którego zakłada się, że miejsce. Wektor reszt jest : rzut na ortogonalnego dopełnienia o w . Wymiar wynosi .μ^μPWYYWμPW⊥YW⊥WRnW⊥dim⁡(W⊥)=n−dim⁡(W)

Wreszcie, a ma standardowy rozkład normalny na , stąd jego kwadratowa norma ma dystrybucyjnym stopni swobody.

PW⊥Y=PW⊥(μ+σG)=0+σPW⊥G,
PW⊥GW⊥χ2dim⁡(W⊥)

Ta demonstracja używa tylko jednego twierdzenia, a właściwie definicji-twierdzenia:

Definicja i twierdzenie . Losowy wektor w ma standardowy rozkład normalny w przestrzeni wektorowej jeśli przyjmuje swoje wartości w i jego współrzędne w jednej ( we wszystkich) podstawie ortonormalnej o są niezależnymi jednowymiarowej standardowe rozkładu normalnegoRnU⊂RnU⟺U

(z tego twierdzenia dotyczącego definicji twierdzenie Cochrana jest tak oczywiste, że nie warto go podawać)

Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.