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广义最小二乘法

广义最小二乘法 (GLS) GLS=艾特肯估计量→计量中普通最小二乘法的扩展→处理误差项违球扰动假设→存异方差或自相关时提供比OLS更有效参数估计。 从OLS到GLS 标准线性模型 y=X + 。高斯-马尔可夫要求 E[ '|X]= ^2I_n:①同方差(对角元= ^2常数);②无自相关(非对角元皆0)。违规→E[ '|X]= ^2I_n→OLS仍无偏+一致

浏览 12 更新 2025-10-26

广义最小二乘法 (GLS)

GLS=艾特肯估计量计量普通最小二乘法的扩展→处理误差项违球扰动假设→存异方差自相关时提供比OLS更有效参数估计。

从OLS到GLS

标准线性模型 y=Xβ+ϵy=X\beta+\epsilon高斯-马尔可夫要求 E[ϵϵX]=σ2InE[\epsilon\epsilon'|X]=\sigma^2I_n:①同方差(对角元=σ2\sigma^2常数);②无自相关(非对角元皆0)。违规→E[ϵϵX]=Ωσ2InE[\epsilon\epsilon'|X]=\Omega\neq\sigma^2I_n→OLS仍无偏+一致(某些条件)→但不再BLUE→且标准方差 s2(XX)1s^2(X'X)^{-1} 有偏不一致→t/F/标准误全→统计推断失效。

GLS核心:线性变换化原模型为新模型满足高斯-马尔可夫→对新模型用OLS。Ω\Omega对称正定→找非奇异CC使Ω1=CC\Omega^{-1}=C'CCholesky分解)。左乘C得转换模型 y=Xβ+ϵy^*=X^*\beta+\epsilon^*y=Cy,X=CXy^*=Cy,X^*=CX)→新误差:E[ϵϵX]=CΩC=InE[\epsilon^*\epsilon^{*'}|X]=C\Omega C'=I_n同方差无自相关→可OLS求BLUE。

GLS估计量=β^GLS=(XΩ1X)1XΩ1y\hat{\beta}_{GLS}=(X'\Omega^{-1}X)^{-1}X'\Omega^{-1}y。性质:无偏(E[β^GLS]=βE[\hat{\beta}_{GLS}]=\beta);方差=(XΩ1X)1(X'\Omega^{-1}X)^{-1};有效(GLS版高斯-马尔可夫Ω\Omega时GLS线性无偏中方差最小→BLUE)。

FGLS与替代法

实践中Ω\Omega几乎总未知→可行广义最小二乘法FGLS→用一致估计Ω^\hat{\Omega}Ω\Omega。三步:①先OLS得残差ϵ^=yXβ^OLS\hat{\epsilon}=y-X\hat{\beta}_{OLS};②据残差估Ω\Omega结构(异方差→辅回归log(ϵ^i2)Zi\log(\hat{\epsilon}_i^2)\sim Z_iσ^i2\hat{\sigma}_i^2构对角矩阵;自相关AR(1)→ϵ^t=ρϵ^t1+vt\hat{\epsilon}_t=\rho\hat{\epsilon}_{t-1}+v_tρ^\hat{\rho}Ω^\hat{\Omega});③代式算β^FGLS=(XΩ^1X)1XΩ^1y\hat{\beta}_{FGLS}=(X'\hat{\Omega}^{-1}X)^{-1}X'\hat{\Omega}^{-1}y。FGLS有限样本有偏→但若Ω^\hat{\Omega}一致→则渐近无偏+一致+渐近有效

特例:仅异方差→加权最小二乘法WLS(Ω\Omega对角→大权重小方→高效)。自相关→Cochrane-Orcutt/Prais-Winsten迭代FGLS。现代实践:仍用OLS(无偏一致)+改用稳健标准误White→异方差/Newey-West→异方差+自相关皆稳)→不需设Ω\Omega形→更稳健免设定错。