İstatistik ve Olasılık · 9. Ünite: Basit Doğrusal Regresyon ve Korelasyon

Regresyon Katsayılarının Özellikleri ve Çıkarımlar

EKK katsayıları $b_0$ ve $b_1$ yalnızca bir örneğin özetidir; başka bir örnekte başka değerler alırlar. Bu yüzden "eğim $1{,}93$ bulundu" demek yetmez: bu sayıya ne kadar güvenebiliriz, gerçek eğim sıfır olabilir mi, belirli bir $x$ için ortalama ya da yeni bir gözlem hangi aralıkta beklenir? Bu konu $b_0$ ve $b_1$'in yansızlığını, varyanslarını ve dağılımlarını türetir, $\sigma^2$'yi $s^2 = \mathrm{SSE}/(n-2)$ ile tahmin eder ve $t$ dağılımına dayalı güven aralıkları, hipotez testleri, ortalama yanıt aralığı ile kestirim aralığını kurar. Sonunda her aralığı doğru yorumlayabilecek ve örnek büyüklüğünün ya da $x$ yayılımının duyarlılığı nasıl etkilediğini açıklayabileceksin.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Motivasyon: Katsayılar Rastgele Değişkenlerdir

  2. Yansızlık ve Varyans: Türetmeler

  3. σ² Tahmini ve t Dağılımı

  4. Güven Aralıkları ve Hipotez Testleri

  5. Çözümlü Örnekler

  6. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Örnekleme dağılımı (sampling distribution)
$b_0$, $b_1$ gibi bir istatistiğin tekrarlı örneklemedeki dağılımı; $b_1 \sim N(\beta_1, \sigma^2/S_{xx})$.
Yansızlık (unbiasedness)
$E(b_1) = \beta_1$, $E(b_0) = \beta_0$ ve $E(s^2) = \sigma^2$ olması.
Gauss–Markov teoremi
Hata varsayımları altında EKK tahmincilerinin doğrusal yansız tahminciler arasında en küçük varyanslı (BLUE) olduğunu söyler.
Standart hata (standard error)
Tahmincinin standart sapmasının tahmini, ör. $\mathrm{SE}(b_1) = s/\sqrt{S_{xx}}$.
$s^2 = \mathrm{SSE}/(n-2)$
$\sigma^2$'nin yansız tahmincisi; $n-2$, iki parametre tahmin edildiği için serbestlik derecesidir.
t istatistiği ve $p$-değeri
$t = (b_1-\beta_{10})/\mathrm{SE}(b_1) \sim t_{n-2}$; $p$, $H_0$ doğru iken bu ya da daha uç $t$'nin olasılığı.
Güven aralığı (confidence interval)
Tekrarlı örneklemede aralıkların yaklaşık $(1-\alpha)$ oranında parametreyi kapsadığı yöntemin ürünü.
Ortalama yanıt aralığı
$E(Y|x_0)$ için güven aralığı: $\hat y_0 \pm t\,s\sqrt{1/n + (x_0-\bar x)^2/S_{xx}}$.
Kestirim aralığı (prediction interval)
$x_0$'daki yeni bir gözlem için aralık; ortalama yanıt aralığından $\sigma^2$ kadar daha geniş varyansa sahiptir.
Güç (power)
$H_0$ yanlışken onu reddetme olasılığı; $n$ büyüdükçe, $\sigma$ küçüldükçe artar.

Örnek soru

Basit doğrusal regresyonda hata varsayımları geçerliyken $b_1$ için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

  1. $E(b_1) = 0$ ve $\mathrm{Var}(b_1) = \sigma^2$
  2. $\mathrm{Var}(b_1) = \sigma^2$ ve $b_1 = \beta_1$ her örnekte
  3. $E(b_1) = \beta_1$ ve $\mathrm{Var}(b_1) = \sigma^2/n$
  4. $b_1$ rastgele değildir, bir sabittir
  5. $E(b_1) = \beta_1$ ve $\mathrm{Var}(b_1) = \sigma^2/S_{xx}$

Doğru cevap: E

Çözüm

1. $b_1 = \sum w_i Y_i$, $w_i = (x_i - \bar x)/S_{xx}$; $\sum w_i = 0$ ve $\sum w_i x_i = 1$ olduğundan $E(b_1) = \beta_1$ (yansız).
2. $\sum w_i^2 = 1/S_{xx}$ olduğundan $\mathrm{Var}(b_1) = \sigma^2/S_{xx}$.
Cevap: E. $\sigma^2/n$ ($x$'lerin yayılımını yok sayar) ve $\sigma^2$ ($S_{xx}$ ile bölmeyi unutmak) yaygın hatalardır; $b_1$ örnekten örneğe değişen bir rastgele değişkendir.

İstatistik ve Olasılık: tüm konular