Warunkowe oczekiwanie na R-kwadrat


18

Rozważ prosty model liniowy:

yy=X′ββ+ϵ

gdzie ϵi∼i.i.d.N(0,σ2) i X∈Rn×p ,p≥2 aX zawiera kolumnę stałych.

My pytanie, ponieważ E(X′X) , β i σ , ma wzór o nie trywialne górną granicę E(R2) *? (przy założeniu, że model został oszacowany przez OLS).

* Przypuszczałem, pisząc to, że coraz E(R2) sama w sobie nie byłoby to możliwe.

EDYCJA 1

stosując rozwiązanie wyprowadzone przez Stéphane Laurenta (patrz poniżej) możemy uzyskać nietrywialną górną granicę E(R2) . Niektóre symulacje numeryczne (poniżej) pokazują, że ta granica jest w rzeczywistości dość ścisła.

Stéphane Laurent pochodzące następujące: R2∼B(p−1,n−p,λ) gdzie B(p−1,n−p,λ) jest poza centrum dystrybucji beta, non-centralność parametr λ z

λ=||X′β−E(X)′β1n||2σ2

Więc

E(R2)=E(χp−12(λ)χp−12(λ)+χn−p2)≥E(χp−12(λ))E(χp−12(λ))+E(χn−p2)

gdzie χk2(λ) jest χ2 z parametrem λ i k stopni swobody. Tak nietrywialnym górna granica dla E(R2) to

λ+p−1λ+n−1

jest bardzo ciasny (możliwe byłoby ściślejsze niż oczekiwałem):

na przykład za pomocą:

rho<-0.75
p<-10
n<-25*p
Su<-matrix(rho,p-1,p-1)
diag(Su)<-1
su<-1
set.seed(123)
bet<-runif(p)

średnia z R2 ponad 1000 symulacji wynosi 0.960819. Teoretyczna górna granica powyżej daje 0.9609081. Związany wydaje się być równie precyzyjne w wielu wartości R2 . Naprawdę zdumiewające!

EDYCJA 2:

Po dalszych badaniach, to pojawia się , że jakość górnej granicy przybliżenie będzie lepiej co X + s wzrasta (a reszta równych X zwiększa się z N ).E(R2)λ+pλn


ma rozkład beta, w zależności od parametrów tylko n i p . Nie? R2np
— Stéphane Laurent

1
Ooopps, przepraszam, moje poprzednie twierdzenie jest prawdziwe tylko pod hipotezą „modelu zerowego” (tylko przechwytywanie). Inaczej dystrybucja powinno być coś jak noncentral dystrybucji Beta, z parametrem noncentrality udziałem nieznanych parametrów. R2
— Stéphane Laurent

@ StéphaneLaurent: dzięki. Czy wiesz więcej na temat związku między nieznanymi parametrami a parametrami Beta?
— Utknąłem

Czy absolutnie musisz poradzić sobie z ? Być może istnieje prosty dokładny wzór na E [ R 2 / ( 1 - R 2 ) ] . E[R2]E[R2/(1−R2)]
— Stéphane Laurent,

1
Z zapisami moją odpowiedź, jakiegoś skalarnego k i pierwszej chwili noncentral F -Dystrybucja jest prosta. R2/(1−R2)=kFkF
— Stéphane Laurent,

Odpowiedzi:


13

Można zapisać dowolny model liniowy gdzie G ma standardowy rozkład normalny na R n i przyjmuje się, że μ należy do podprzestrzeni liniowej W z R n . W twoim przypadku W = Im ( X ) .Y=μ+σGGRnμWRnW=Im(X)

Niech będzie jednowymiarową podprzestrzenią liniową generowaną przez wektor ( 1 , 1 , … , 1 ) . Biorąc U = [ 1 ] poniżej, R 2 jest silnie związana z klasycznego statystycznego Fisher F = ‖ P Z Y ‖ 2 / ( m - ℓ )[1]⊂W(1,1,…,1)U=[1]R2 dla testu hipotezyH0:{μ∈U},gdzieU⊂Wjest podprzestrzenią liniową, i oznaczające Z=U⊥∩Wortogonalnym dopełnieniemUwW, a oznaczającem=dim(W)iℓ=dim(U)

F=‖PZY‖2/(m−ℓ)‖PW⊥Y‖2/(n−m),
H0:{μ∈U}U⊂WZ=U⊥∩WUWm=dim⁡(W)ℓ=dim⁡(U) (wtedy i ℓ = 1 w twojej sytuacji).m=pℓ=1

Rzeczywiście, , ponieważ definicjaR2to R2= ‖ P Z Y ‖ 2

‖PZY‖2‖PW⊥Y‖2=R21−R2
R2
R2=‖PZY‖2‖PU⊥Y‖2=1−‖PW⊥Y‖2‖PU⊥Y‖2.

Obviously PZY=PZμ+σPZG and PW⊥Y=σPW⊥G.

When H0:{μ∈U} is true then PZμ=0 and therefore

F=‖PZG‖2/(m−ℓ)‖PW⊥G‖2/(n−m)∼Fm−ℓ,n−m
has the Fisher Fm−ℓ,n−m distribution. Consequently, from the classical relation between the Fisher distribution and the Beta distribution, R2∼B(m−ℓ,n−m).

PZY=PZμ+σPZG when PZμ≠0. In this general case one has ‖PZY‖2∼σ2χm−ℓ2(λ), the noncentral χ2 distribution with m−ℓ degrees of freedom and noncentrality parameter λ=‖PZμ‖2σ2, and then F∼Fm−ℓ,n−m(λ) (noncentral Fisher distribution). This is the classical result used to compute power of F-tests.

The classical relation between the Fisher distribution and the Beta distribution hold in the noncentral situation too. Finally R2 has the noncentral beta distribution with "shape parameters" m−ℓ and n−m and noncentrality parameter λ. I think the moments are available in the literature but they possibly are highly complicated.

Finally let us write down PZμ. Note that PZ=PW−PU. One has PUμ=μ¯1 when U=[1], and PWμ=μ. Hence PZμ=μ−μ¯1 where here μ=Xβ for the unknown parameters vector β.


1
PZx is the orthogoanl projection of x on the linear subspace Z. And P⊥ denotes projection on the orthogonal.
— Stéphane Laurent

1
Beware of Px≠‖Px‖2. I'm going to edit my post to write the formulas.
— Stéphane Laurent

1
Done - do you see any simplification ?
— Stéphane Laurent

1
μ¯=1n∑μi
— Stéphane Laurent

1
Type I, obviously: type II are distributed on (0,∞). Actually R2/(1−R2) has the type II distribution. I have done the last corrections for today.
— Stéphane Laurent
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.