Нормальные линейные модели
[21/0%]Предположим, что с . Если первый столбец матрицы , приводящей к каноническому виду (4.7), равен , найдите второй столбец .
Если с , а первые два столбца те же, что и в (a), найдите третий столбец при упрощающих предположениях . [Замечание: Ортогональные многочлены, последовательно строящиеся таким образом, часто используются для упрощения регрессионного анализа.]
Выпишите явные выражения для преобразований (4.10), когда задаётся
(a) , и (b) .
Используя Задачу 3.10, докажите пункт (iii) Теоремы 4.3.
В Примере 4.7 определите , а следовательно, и , минимизируя .
Проверьте выражения (4.12) для и , а также соответствующие выражения для и .
В Примере 4.2 найдите UMVU-оценки и , когда и .
Пусть независимы и распределены как с . Найдите UMVU-оценки и .
В Примере 4.9 покажите, что векторы коэффициентов в не ортогональны вектору коэффициентов .
Покажите, что вывод пункта (a) меняется на противоположный, если и заменить на и .
В Примере 4.9 найдите UMVU-оценку , когда известно, что равны нулю, и сравните её с .
Векторы коэффициентов при , задаваемые (4.32) для и , ортогональны векторам коэффициентов для , задаваемым (4.33).
В модели, определяемой (4.26) и (4.27), определите UMVU-оценки , и в предположении, что известны и равны нулю.
В Примере 4.11 покажите, что
где , а определяются аналогично.
Используя разложение из (a), покажите, что оценки наименьших квадратов задаются (4.32) и (4.33).
Покажите, что сумма квадратов ошибок равна и, следовательно, в каноническом виде равна .
Покажите, как должно быть изменено разложение из Задачи 4.11(a), когда известно, что равны нулю.
Используя разложение из (a), решите Задачу 4.10.
Пусть распределены как с
где . Выразите и через и найдите их UMVU-оценки. Рассматривая это как частный случай (4.4), чему равно ?
Распространите результаты предыдущей задачи на модель
где
В предыдущей задаче, если известно, что равны нулю, определите, остаются ли UMVU-оценки оставшихся параметров неизменными.
Покажите, что при предположениях (4.35), если , то оценка наименьших квадратов равна .
Если имеет многомерное нормальное распределение со всеми неизвестными параметрами, покажите, что оценка наименьших квадратов из пункта (a) является функцией полной достаточной статистики, и, следовательно, докажите пункт (a) Теоремы 4.14.
Обобщение порядковых статистик на случай векторов даётся следующим определением.
Определение 8.1 -порядковые статистики выборки векторов — это векторы, упорядоченные по возрастанию их -х компонент.
Пусть , — независимая одинаково распределённая выборка векторов размера , и пусть — матрица размера .
Теорема 4.14 утверждает: при предположениях (4.35), с , справедливо следующее.
Если совместно имеют многомерное нормальное распределение со всеми неизвестными параметрами, то оценка наименьших квадратов является UMVU-оценкой .
Если распределение неизвестно, то оценка наименьших квадратов является UMVU среди всех линейных оценок .
Если известно, то не существует наилучшей линейной несмещённой оценки .
-
Если распределение полностью неизвестно, покажите, что для любого , -порядковые статистики являются полными достаточными. (То есть векторы упорядочены по их -й координате.)
-
Пусть — случайная величина с неизвестным распределением (возможно, отличным от ). Образуем матрицу , и для любого вычислим -порядковые статистики, основанные на столбцах . Покажите, что эти -порядковые статистики являются достаточными. [Указание: См. Задачу 1.6.33, а также TSH2, Глава 4, Задача 12.]
-
Используя пункты (a) и (b), докажите Теорему 4.14(b).
Доказательство Теоремы 4.14(c) основано на двух результатах. Установите, что:
Для больших значений безусловная дисперсия линейной несмещённой оценки будет больше, чем дисперсия оценки наименьших квадратов.
Для дисперсия больше, чем дисперсия . [Вы можете воспользоваться тем фактом, что является положительно определённой матрицей (Marshall и Olkin 1979; Shaffer 1991). Это многомерное обобщение неравенства Йенсена.]
Пункты (a) и (b) означают, что не существует наилучшей линейной несмещённой оценки , если известно.
В условиях Примера 4.15 найдите дисперсию .
Покажите, что дисперсия из пункта (a) минимизируется значениями, указанными в примере.
В линейной модели (4.4) функция с называется контрастом. Покажите, что линейная функция является контрастом тогда и только тогда, когда она инвариантна относительно сдвига, то есть удовлетворяет для всех , и, следовательно, тогда и только тогда, когда она является функцией разностей .
Определите, какие из следующих являются контрастами:
Регрессионные коэффициенты или из (4.2).
Параметры или из (4.27).
Параметры или из (4.23) и (4.24).