【dummies】虚拟变量回归



2016年05月04日    Author:Guofei

文章归类: 0x21_有监督学习    文章编号: 280

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原文链接:https://www.guofei.site/2016/05/04/DummyVariableRegression.html


虚拟变量回归,又叫做哑变量回归(Dummy Variable Regression Models)

虚拟变量

又叫做哑变量,Dummy Variable
指的是取值0或1的变量,用来代表类别
一个分类量有k个类别时,需要引入k-1个虚拟变量

例如:
要研究大学生学习成绩和收入之间的关系,考虑到4个年级的情况未必相同,因此把年级也放到Dependent Variables里面,对年级这样构造:
$Y=a_0+a_1D_1+a_2D_2+a_3D_3+a_4X+\epsilon$
其中,$D_1$=1是大一,否则为0.
$D_2$代表大二,否则为0.
$D_3$代表大三,否则为0.

注意1

为什么表示多个类时,要用多个0-1变量,而不用一个0,1,2,3变量?
答:
如果用0,1,2,3 那么就只能以连续变量理解这个变量,认为这个变量既有大小又有刻度

注意2

为什么一个分类量有k个类别时,引入k-1个Dummy Variables, 而不是k个?
答:
如果引入k个Dummy Variables, 将会有完全的多重共线性 $D_1+D_2+D_3+D_4 \equiv 1$

加法模型

$Y=a_1+a_2D_1+a_3D_2+bX+u$

模型解释

例如,Y代表啤酒销售量,X代表收入。
$D_1=1$代表夏季,0代表冬季
$D_2=1$代表城市,0代表农村

模型是这样的:
dummy_variable1

其特点是斜率不变

加法模型的变种

引入交互作用
$Y=a_1+a_2D_1+a_3D_2+a_4D_1D_2+bX+u$

乘法模型

$Y=a_1+a_2D+b_1X+b_2DX+u$

特点是截距斜率都变化

dummy_variable2

乘法模型的变种

$Y=a_1+b_1X+b_2DX+u$

dummy_variable3

分段模型

$Y=a_0+b_1X+b_2(X-X^* )D+u$ 其中,
\(D=\left \{ \begin{array}{ccc} 1&X>=X*\\ 0&X<X^* \end{array}\right.\)

图像是一个折线(两条共点的线段)

dummy_variable4

其它虚拟变量回归模型

Dummy Dependent Variables

dependent Variables是dummy,而independent是quantitative Variables。
这实际上是分类模型,有大量的classifier模型可以用,例如决策树模型,SVM等等

用OLS做这个模型,被称为Linear probability model
Linear probability model有诸多缺点,wikipedia总结的很好:

Some problems are inherent in the LPM model:

  1. The regression line will not be a well-fitted one and hence measures of significance, such as R2, will not be reliable.
  2. Models that are analyzed using the LPM approach will have heteroscedastic disturbances.
  3. The error term will have a non-normal distribution.
  4. The LPM may give predicted values of the dependent variable that are greater than 1 or less than 0. This will be difficult to interpret as the predicted values are intended to be probabilities, which must lie between 0 and 1.
  5. There might exist a non-linear relationship between the variables of the LPM model, in which case, the linear regression will not fit the data accurately.

为了规避这些缺点,改进为logit regression,见于我的另一篇文章逻辑回归

大名鼎鼎的logit regression本质上可以归类为Dummy Variable Regression

模型检验

  • 对整个模型的检验(F检验) H0:$b_1=b_2=…=0$
  • 对系数的检验(t检验) H0:$b_j=0$

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