遵循最小平方被估量(estimand)的构造思路,推导相应的最小平方估计量(estimator)。
已知总体最小平方误差定义为
其矩估计量(moment estimator)为
定义最小平方估计量 为
注意, 是总体参数,是一个数; 是一个样本估计量,是一个随机变量,其随机性来源于抽样。
求解估计量
定义残差为
定义残差平方和(sum of squared risiduals)为
显然残差平方和是目标函数的等价形式
解法一
先展开再求导:
F.O.C.(称之为正规方程组)
therefore
S.O.C.
这要求 是正定矩阵。
解法二
先求导再展开:
F.O.C. (前导不变,后导转置)
其中
注意到最后一个等式相当于
若自变量包含常数项,则有
推广:若自变量包含虚拟变量,则残差的分组均值为零。(详见 Frisch-Waugh-Lovell Theorem)
附录:no-matrix calculus
单变量回归的情形
F.O.C
therefore
多变量回归的情形
注意: 是一个数因此转置后不变,即 ,这样变换将有助于后续应用 矩阵求导 公式。
F.O.C.
注意: 是一个对称矩阵所以转置后不变。
therefore
S.O.C
which is a positive semi-definite matrix
二阶条件对应总体模型的假设