Умовне очікування R-квадрата


18

Розглянемо просту лінійну модель:

уy = X ′ ββ + ϵ

yy=X′ββ+ϵ

де і , і містить стовпець констант.ϵ i ∼ i . i . д .N ( 0 , σ 2 ) ϵi∼i.i.d.N(0,σ2)X ∈ R n × pX∈Rn×p p ≥ 2 p≥2XX

Моє запитання, з огляду на , \ beta та \ sigma , чи існує формула для нетривіальної верхньої межі на \ mathrm {E} (R ^ 2) *? (якщо припустити, що модель була оцінена OLS).E ( X ′ X ) E(X′X)β βσ σE ( R 2 )E(R2)

* Я припускав, пишучи це, що отримати E ( R 2 )E(R2) само по собі було б неможливо.

EDIT1

використовуючи розчин, отриманий Стефаном Лоран (див. нижче), ми можемо отримати нетривіальну верхню межу на E ( R 2 )E(R2) . Деякі чисельні моделювання (нижче) показують, що ця межа насправді досить щільна.

Стефан Лоран отримав наступне: R 2 ∼ B ( p - 1 , n - p , λ )R2∼B(p−1,n−p,λ) де B ( p - 1 , n - p , λ )B(p−1,n−p,λ) - не центральний бета-розподіл з параметр нецентральності λλ з

λ = | | X ′ β - E ( X ) ′ β 1 n | | 2σ 2

λ=||X′β−E(X)′β1n||2σ2

Так

E ( R 2 ) = E ( χ 2 p - 1 ( λ )χ 2 p - 1 ( λ ) + χ 2 n - p )≥E(χ 2 p - 1 (λ))E ( χ 2 p - 1 ( λ ) ) + E ( χ 2 n - p )

E(R2)=E(χ2p−1(λ)χ2p−1(λ)+χ2n−p)≥E(χ2p−1(λ))E(χ2p−1(λ))+E(χ2n−p)

де χ 2 k ( λ )χ2k(λ) - не центральний χ 2χ2 з параметром λλ і кk ступенями свободи. Отже, нетривіальна верхня межа для E ( R 2 )E(R2) є

λ + p - 1λ + n - 1

λ+p−1λ+n−1

це дуже щільно (набагато жорсткіше, ніж я очікував, що це можливо):

наприклад, використовуючи:

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)

середнє значення понад 1000 моделювання становить . Теоретична верхня межа, наведена вище, дає . Здається, пов'язана однаково точна для багатьох значень . Воістину приголомшливо!R 2 R20.9608190.9609081R 2R2

EDIT2:

після подальших досліджень виявляється, що якість наближення верхньої межі до покращиться, коли зростає (а все інше дорівнює збільшується з ).E ( R 2 ) λ + p λ nE(R2)λ+pλn


R 2 n pR2 має бета-розподіл з параметрами залежно лише від та . Ні ? np
— Стефан Лоран

1
Oooppss вибачте, моє попереднє твердження справедливо лише під гіпотезою "нульової моделі" (лише перехоплення). В іншому випадку розподіл має бути чимось на зразок нецентрального бета-розподілу, з нецентральним параметром, що включає невідомі параметри. R 2R2
— Стефан Лоран

@ StéphaneLaurent: спасибі Ви б дізналися більше про співвідношення між невідомими параметрами та параметрами бета-версії? Я застряг, тому будь-який вказівник буде вітатися ...
— user603

Вам абсолютно потрібно мати справу з ? Можливо, є проста точна формула для . E [ R 2 ] E [ R 2 / ( 1 - R 2 ) ]E[R2]E[R2/(1−R2)]
— Стефан Лоран

1
З позначеннями моєї відповіді для деякого скалярного і перший момент нецентрального розподілу простий. R 2 / ( 1 - R 2 ) = k F k FR2/(1−R2)=kFkF
— Стефан Лоран

Відповіді:


13

Будь-яка лінійна модель може бути записана , де має стандартний нормальний розподіл на і передбачається, належить до лінійного підпросторі з . У вашому випадку .Y = μ + σ G GRnμWRnW=Im(X)Y=μ+σGGRnμWRnW=Im(X)

Нехай - одновимірна лінійна підпростора, породжена вектором . Приймаючи нижче, дуже пов'язаний з класичною статистикою Фішера для тесту гіпотези де є лінійним підпростором, і позначає ортогональне доповнення в , і позначає і (тоді і[ 1 ] ⊂ W ( 1 , 1 , … , 1 ) U = [ 1 ] R 2 F = ‖ P Z Y ‖ 2 / ( m - ℓ )[1]⊂W(1,1,…,1)U=[1]R2‖ P ⊥ W Y ‖ 2 / (n-m),H0:{μ∈U}U⊂WZ=U⊥∩WUWm=dim(W)ℓ=dim(U)m=pℓ=1

F=∥PZY∥2/(m−ℓ)∥P⊥WY∥2/(n−m),
H0:{μ∈U}U⊂WZ=U⊥∩WUWm=dim(W)ℓ=dim(U)m=pℓ=1 у вашій ситуації).

Дійсно, тому що визначення є ‖ P Z Y ‖ 2‖ P ⊥ W Y ‖ 2 =R21−R2

∥PZY∥2∥P⊥WY∥2=R21−R2
R2R2R2=‖PZY‖2‖P⊥UY‖2=1−‖P⊥WY‖2‖P⊥UY‖2.
R2=∥PZY∥2∥P⊥UY∥2=1−∥P⊥WY∥2∥P⊥UY∥2.

Очевидно та .PZY=PZμ+σPZGPZY=PZμ+σPZGP⊥WY=σP⊥WGP⊥WY=σP⊥WG

Коли вірно,H0:{μ∈U}H0:{μ∈U} то і тому має розподіл Фішера . Отже, із класичного відношення між розподілом Фішера та розподілом Бета .PZμ=0PZμ=0F=‖PZG‖2/(m−ℓ)‖P⊥WG‖2/(n−m)∼Fm−ℓ,n−m

F=∥PZG∥2/(m−ℓ)∥P⊥WG∥2/(n−m)∼Fm−ℓ,n−m
Fm−ℓ,n−mFm−ℓ,n−mR2∼B(m−ℓ,n−m)R2∼B(m−ℓ,n−m)

У загальній ситуації ми маємо мати справу з коли . У цьому загальному випадку є , нецентральний розподіл з градусами параметра свободи та нецентральності , а потім (нецентральний розподіл Фішера). Це класичний результат, який використовується для обчислення потужності -тестів.PZY=PZμ+σPZGPZY=PZμ+σPZGPZμ≠0PZμ≠0‖PZY‖2∼σ2χ2m−ℓ(λ)∥PZY∥2∼σ2χ2m−ℓ(λ)χ2χ2m−ℓm−ℓλ=‖PZμ‖2σ2λ=∥PZμ∥2σ2F∼Fm−ℓ,n−m(λ)F∼Fm−ℓ,n−m(λ)FF

Класичне відношення між розподілом Фішера та розподілом Бета має місце і в нецентральній ситуації. Нарешті, має нецентральний бета-розподіл із "параметрами форми" та та параметром нецентральності . Я думаю, що моменти є в літературі, але вони, можливо, дуже складні.R2R2m−ℓm−ℓn−mn−mλλ

Нарешті запишемо . Зауважте, що . Один має коли , а . Звідси де тут для невідомих параметрів вектор .PZμPZμPZ=PW−PUPZ=PW−PUPUμ=ˉμ1PUμ=μ¯1U=[1]U=[1]PWμ=μPWμ=μPZμ=μ−ˉμ1PZμ=μ−μ¯1μ=Xβμ=Xβββ


1
PZxPZx є orthogoanl проекція на лінійному підпросторі . І позначає проекцію на ортогональну. xxZZP⊥P⊥
— Стефан Лоран

1
Остерігайтеся . Я збираюся редагувати свою публікацію, щоб написати формули. Px≠‖Px‖2
— Стефан Лоран

1
Виконано - чи бачите ви якесь спрощення?
— Стефан Лоран

1
ˉμ=1n∑μi
— Stéphane Laurent

1
Тип I, очевидно: тип II поширюється на . Насправді має розподіл типу II. Я сьогодні зробив останні виправлення. (0,∞)R2/(1−R2)
— Стефан Лоран
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.