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残差与拟合值正交

残差与拟合值正交 OLS估计产生的根本数学性质→残差向量e与拟合值向量 Y在几何上正交(点积=0)→非统计假设→OLS最小化残差平方和的直接代数结果→理解回归几何/ANOVA/R^2关键。 证明:OLS正规方程→X'(Y-X )=0→X'e=0(残差与X每列皆正交→含常数项)。 Y=X → Y'e= 'X'e= ·0=0→拟合值与残差正交得证。 几何解释与意

浏览 0 更新 2025-10-30

残差与拟合值正交

OLS估计产生的根本数学性质残差向量e与拟合值向量Y^\hat{Y}在几何上正交(点积=0)→非统计假设→OLS最小化残差平方和的直接代数结果→理解回归几何/ANOVA/R2R^2关键。

证明:OLS正规方程→X(YXβ^)=0X'(Y-X\hat{\beta})=0Xe=0X'e=0(残差与X每列皆正交→含常数项)。Y^=Xβ^\hat{Y}=X\hat{\beta}Y^e=β^Xe=β^0=0\hat{Y}'e=\hat{\beta}'X'e=\hat{\beta}·0=0拟合值与残差正交得证

几何解释与意义

几何:Y为n维向量→X的列空间C(X)为子空间→OLS找C(X)中最近Y的点=正交投影→投影点=Y^\hat{Y}→残差e=Y-Y^\hat{Y}垂直于C(X)→e垂直于Y^\hat{Y}

投影矩阵/帽子矩阵P=X(XX)1(X'X)^{-1}X'→幂等Y^=PY\hat{Y}=PYe=(IP)Ye=(I-P)YY^e=YP(IP)Y=Y(PP2)Y=0\hat{Y}'e=Y'P(I-P)Y=Y'(P-P^2)Y=0

方差分解:正交性保证TSS=ESS+RSS→决定系数R2=ESS/TSSR^2=ESS/TSS

属性非假设:正交是OLS数学结果(非高斯-马尔可夫假设)→无论模设正确否/误差是否同方差→用OLS→e垂直于Y^\hat{Y}总成立。注意:可观测残差e不等于不可观误差项ϵ\epsilon→不保证ϵ\epsilon垂直于Y^\hat{Y}