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统计代写|线性回归分析代写linear regression analysis代考|Introducing Further Explanatory Variables
If we wish to introduce further explanatory variables into a less-than-full-rank model, we can, once again, reduce the model to one of full rank. As in Section 3.7, we see what happens when we add $\mathbf{Z} \gamma$ to our model $\mathbf{X} \boldsymbol{\beta}$. It makes sense to assume that $\mathbf{Z}$ has full column rank and that the columns of $\mathbf{Z}$ are linearly independent of the columns of $\mathbf{X}$. Using the full-rank model
$$
\mathbf{Y}=\mathbf{X}_1 \alpha+\mathbf{Z} \gamma+\varepsilon
$$
where $\mathbf{X}_1$ is $n \times r$ of rank $r$, we find that Theorem $3.6$ (ii), (iii), and (iv) of Section 3.7.1 still hold. To see this, one simply works through the same steps of the theorem, but replacing $\mathbf{X}$ by $\mathbf{X}_1, \boldsymbol{\beta}$ by $\alpha$, and $\mathbf{R}$ by $\mathbf{I}_n-\mathbf{P}$, where $\mathbf{P}=\mathbf{X}_1\left(\mathbf{X}_1^{\prime} \mathbf{X}_1\right)^{-1} \mathbf{X}_1$ is the unique projection matrix projecting onto $\mathcal{C}(\mathbf{X})$.
Referring to Section $3.8$, suppose that we have a set of linear restrictions $\mathrm{a}_i^{\prime} \beta=$ $0(i=1,2 \ldots, q)$, or in matrix form, $\mathbf{A} \beta=0$. Then a realistic assumption is that these constraints are all estimable. This implies that $\mathbf{a}_i^{\prime}=\mathbf{m}_i^{\prime} \mathbf{X}$ for some $\mathbf{m}_i$, or $\mathbf{A}=\mathbf{M X}$, where $\mathbf{M}$ is $q \times n$ of rank $q$ [as $q=\operatorname{rank}(\mathbf{A}) \leq \operatorname{rank}(\mathbf{M})$ by A.2.1]. Since $\mathbf{A} \beta=\mathbf{M X} \beta=\mathbf{M} \theta$, we therefore find the restricted least squares estimate of $\theta$ by minimizing $|\mathbf{Y}-\theta|^2$ subject to $\theta \in \mathcal{C}(\mathbf{X})=\Omega$ and $\mathbf{M} \theta=0$, that is, subject to
$$
\boldsymbol{\theta} \in \mathcal{N}(\mathbf{M}) \cap \Omega \quad(=\omega, \text { say }) .
$$
If $\mathbf{P}{\Omega}$ and $\mathbf{P}\omega$ are the projection matrices projecting onto $\Omega$ and $\omega$, respectively, then we want to find $\hat{\theta}\omega=\mathbf{P}\omega \mathbf{Y}$. Now, from B.3.2 and B.3.3,
$$
\mathbf{P}{\Omega}-\mathbf{P}\omega=\mathbf{P}{\omega^{\perp} \cap \Omega}, $$ where $\omega^{\perp} \cap \Omega=\mathcal{C}(\mathbf{B})$ and $\mathbf{B}=\mathbf{P}{\Omega} \mathbf{M}^{\prime}$. Thus
$\hat{\boldsymbol{\theta}}\omega=\mathbf{P}\omega \mathbf{Y}$
$=\mathbf{P}{\Omega} \mathbf{Y}-\mathbf{P}{\omega^{\perp} \cap \Omega} \mathbf{Y}$
$=\hat{\theta}_{\Omega}-\mathbf{B}\left(\mathbf{B}^{\prime} \mathbf{B}\right)^{-} \mathbf{B}^{\prime} \mathbf{Y}$
统计代写|线性回归分析代写linear regression analysis代考|GENERALIZED LEAST SQUARES
Having developed a least squares theory for the full-rank model $\mathbf{Y}=\mathbf{X} \boldsymbol{\beta}+\varepsilon$, where $E[\varepsilon]=0$ and $\operatorname{Var}[\varepsilon]=\sigma^2 \mathbf{I}_n$, we now consider what modifications are necessary if we allow the $\varepsilon_i$ to be correlated. In particular, we assume that $\operatorname{Var}[\varepsilon]=\sigma^2 \mathbf{V}$, where $\mathbf{V}$ is a known $n \times n$ positive-definite matrix.
Since $\mathbf{V}$ is positive-definite, there exists an $n \times n$ nonsingular matrix $\mathbf{K}$ such that $\mathbf{V}=\mathbf{K K}^{\prime}$ (A.4.2). Therefore, setting $\mathbf{Z}=\mathbf{K}^{-1} \mathbf{Y}, \mathbf{B}=\mathbf{K}^{-1} \mathbf{X}$, and a $\eta=\mathbf{K}^{-1} \varepsilon$, we have the model $\mathbf{Z}=\mathbf{B} \beta+\eta$, where $\mathbf{B}$ is $n \times p$ of $\operatorname{rank} p$ (A.2.2).
Also, $E[\eta]=0$ and
$\operatorname{Var}[\eta]=\operatorname{Var}\left[\mathbf{K}^{-1} \varepsilon\right]=\mathbf{K}^{-1} \operatorname{Var}[\varepsilon] \mathbf{K}^{-1^{\prime}}=\sigma^2 \mathbf{K}^{-1} \mathbf{K K}^{\prime} \mathbf{K}^{\prime-1}=\sigma^2 \mathbf{I}_n$.
Minimizing $\boldsymbol{\eta}^{\prime} \boldsymbol{\eta}$ with respect to $\beta$, and using the theory of Section 3.1, the least squares estimate of $\beta$ for this transformed model is
$$
\begin{aligned}
\boldsymbol{\beta}^* &=\left(\mathbf{B}^{\prime} \mathbf{B}\right)^{-1} \mathbf{B}^{\prime} \mathbf{Z} \
&=\left(\mathbf{X}^{\prime}\left(\mathbf{K K}^{\prime}\right)^{-1} \mathbf{X}\right)^{-1} \mathbf{X}^{\prime}\left(\mathbf{K K}^{\prime}\right)^{-1} \mathbf{Y} \
&=\left(\mathbf{X}^{\prime} \mathbf{V}^{-1} \mathbf{X}\right)^{-1} \mathbf{X}^{\prime} \mathbf{V}^{-1} \mathbf{Y}
\end{aligned}
$$
with expected value
$$
E\left[\boldsymbol{\beta}^\right]=\left(\mathbf{X}^{\prime} \mathbf{V}^{-1} \mathbf{X}\right)^{-1} \mathbf{X}^{\prime} \mathbf{V}^{-1} \mathbf{X} \boldsymbol{\beta}=\boldsymbol{\beta}, $$ dispersion matrix $$ \begin{aligned} \operatorname{Var}\left[\beta^\right] &=\sigma^2\left(\mathbf{B}^{\prime} \mathbf{B}\right)^{-1} \
&=\sigma^2\left(\mathbf{X}^{\prime} \mathbf{V}^{-1} \mathbf{X}\right)^{-1},
\end{aligned}
$$
and residual sum of squares
$$
\begin{aligned}
\mathbf{f}^{\prime} \mathbf{f} &=\left(\mathbf{Z}-\mathbf{B} \boldsymbol{\beta}^\right)^{\prime}\left(\mathbf{Z}-\mathbf{B} \boldsymbol{\beta}^\right) \
&=\left(\mathbf{Y}-\mathbf{X} \boldsymbol{\beta}^\right)^{\prime}\left(\mathbf{K} \mathbf{K}^{\prime}\right)^{-1}\left(\mathbf{Y}-\mathbf{X} \boldsymbol{\beta}^\right) \
&=\left(\mathbf{Y}-\mathbf{X} \boldsymbol{\beta}^\right)^{\prime} \mathbf{V}^{-1}\left(\mathbf{Y}-\mathbf{X} \boldsymbol{\beta}^\right)
\end{aligned}
$$

线性回归分析代考
统计代写|线性回归分析代写linear regression analysis代考|Introducing Further Explanatory Variables
如果我们布望将进一步的解释变量引入到一个小于满秩的模型中,我们可以再次将模型简化为一个满 秩。就像在 $3.7$ 节中一样,我们看到当我们添加时会发生什么 $\mathbf{Z} \gamma$ 到我们的模型 $\mathbf{X} \boldsymbol{\beta}$. 假设是有道理的 $\mathbf{Z}$ 具 有完整的列排名,并且 $\mathbf{Z}$ 是线性独立的列 $\mathbf{X}$. 使用全秩模型
$$
\mathbf{Y}=\mathbf{X}1 \alpha+\mathbf{Z} \gamma+\varepsilon $$ 在哪里 $\mathbf{X}_1$ 是 $n \times r$ 等级 $r$ ,我们发现定理3.6第 $3.7 .1$ 节的 (ii)、 (iii) 和 (iv) 仍然有效。要看到这一点,只需 完成定理的相同步骤,但替换 $\mathbf{X}$ 经过 $\mathbf{X}_1, \boldsymbol{\beta}$ 经过 $\alpha$ ,和 $\mathbf{R}$ 经过 $\mathbf{I}_n-\mathbf{P}$ ,在哪里 $\mathbf{P}=\mathbf{X}_1\left(\mathbf{X}_1^{\prime} \mathbf{X}_1\right)^{-1} \mathbf{X}_1$ 是投影到的唯一投影矩阵 $\mathcal{C}(\mathbf{X})$. 参考部分 $3.8$ ,假设我们有一组线性限制 $\mathrm{a}_i^{\prime} \beta=0(i=1,2 \ldots, q)$ ,或以矩阵形式, $\mathbf{A} \beta=0$. 然后一个 现实的假设是这些约束都是可估计的。这意味着 $\mathbf{a}_i^{\prime}=\mathbf{m}_i^{\prime} \mathbf{X}$ 对于一些 $\mathbf{m}_i$ ,或者 $\mathbf{A}=\mathbf{M X}$ ,在哪里 $\mathbf{M}$ 是 $q \times n$ 等级 $q$ [作为 $q=\operatorname{rank}(\mathbf{A}) \leq \operatorname{rank}(\mathbf{M})$ 由 A.2.1]。自从 $\mathbf{A} \beta=\mathbf{M X} \beta=\mathbf{M} \theta$ ,因此我们找到限 制最小二乘估计 $\theta$ 通过最小化 $|\mathbf{Y}-\theta|^2$ 受制于 $\theta \in \mathcal{C}(\mathbf{X})=\Omega$ 和 $\mathbf{M} \theta=0$ ,也就是说,服从 $\boldsymbol{\theta} \in \mathcal{N}(\mathbf{M}) \cap \Omega \quad(=\omega$, say $)$ 如果 $\mathbf{P} \Omega$ 和 $\mathbf{P} \omega$ 是投影到的投影矩阵 $\Omega$ 和 $\omega$ ,分别,那么我们要找到 $\hat{\theta} \omega=\mathbf{P} \omega \mathbf{Y}$. 现在,从 B.3.2 和 B.3.3, $$ \mathbf{P} \Omega-\mathbf{P} \omega=\mathbf{P} \omega^{\perp} \cap \Omega, $$ 在哪里 $\omega^{\perp} \cap \Omega=\mathcal{C}(\mathbf{B})$ 和 $\mathbf{B}=\mathbf{P} \Omega \mathbf{M}^{\prime}$. 因此 $$ \hat{\boldsymbol{\theta}} \omega=\mathbf{P} \omega \mathbf{Y} $$ $=\mathbf{P} \Omega \mathbf{Y}-\mathbf{P} \omega^{\perp} \cap \Omega \mathbf{Y}$ $$ =\hat{\theta}{\Omega}-\mathbf{B}\left(\mathbf{B}^{\prime} \mathbf{B}\right)^{-} \mathbf{B}^{\prime} \mathbf{Y}
$$
统计代写|线性回归分析代写linear regression analysis代考|GENERALIZED LEAST SQUARES
为满秩模型开发了最小二乘理论 $\mathbf{Y}=\mathbf{X} \boldsymbol{\beta}+\varepsilon$ ,在哪里 $E[\varepsilon]=0$ 和 $\operatorname{Var}[\varepsilon]=\sigma^2 \mathbf{I}_n$ ,我们现在考虑如 果允许 $\varepsilon_i$ 是相关的。特别是,我们假设 $\operatorname{Var}[\varepsilon]=\sigma^2 \mathbf{V}$ ,在哪里 $\mathbf{V}$ 是一个已知的 $n \times n$ 正定矩阵。
自从 $\mathbf{V}$ 是正定的,存在一个 $n \times n$ 非奇异矩阵 $\mathbf{K}$ 这样 $\mathbf{V}=\mathbf{K K}^{\prime}(\mathrm{A} .4 .2)$ 。因此,设置 $\mathbf{Z}=\mathbf{K}^{-1} \mathbf{Y}, \mathbf{B}=\mathbf{K}^{-1} \mathbf{X}$, 和一个 $\eta=\mathbf{K}^{-1} \varepsilon$, 我们有模型 $\mathbf{Z}=\mathbf{B} \beta+\eta$ ,在哪里 $\mathbf{B}$ 是 $n \times p$ 的 $\operatorname{rank} p$ (A.2.2)。
还, $E[\eta]=0$ 和
$\operatorname{Var}[\eta]=\operatorname{Var}\left[\mathbf{K}^{-1} \varepsilon\right]=\mathbf{K}^{-1} \operatorname{Var}[\varepsilon] \mathbf{K}^{-1^{\prime}}=\sigma^2 \mathbf{K}^{-1} \mathbf{K}^{\prime} \mathbf{K}^{\prime-1}=\sigma^2 \mathbf{I}_n$.
最小化 $\eta^{\prime} \eta$ 关于 $\beta$ ,并使用第 $3.1$ 节的理论,最小二乘估计 $\beta$ 对于这个转换后的模型是
$$
\boldsymbol{\beta}^*=\left(\mathbf{B}^{\prime} \mathbf{B}\right)^{-1} \mathbf{B}^{\prime} \mathbf{Z} \quad=\left(\mathbf{X}^{\prime}\left(\mathbf{K} \mathbf{K}^{\prime}\right)^{-1} \mathbf{X}\right)^{-1} \mathbf{X}^{\prime}\left(\mathbf{K} \mathbf{K}^{\prime}\right)^{-1} \mathbf{Y}=\left(\mathbf{X}^{\prime} \mathbf{V}^{-1} \mathbf{X}\right)^{-1} \mathbf{X}^{\prime} \mathbf{V}^{-1} \mathbf{Y}
$$
有期望值
分散矩阵
和残差平方和

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