ECMT6002 Econometric Applications 

Lecture 1: Introduction & Regression Model

Julian Peters

School of Economics

Semester 2, 2022

Outline

Introduction

Course Overview

Scope of Applied Econometric The Nature of Econometrics

The Multiple Regression Model – Estimation Motivation

The Mechanics of OLS Measurement and Functional Form

Expected Values of the OLS Estimators Variances of the OLS Estimators Efficiency of OLS

Summary

Scope of Applied Econometric

Econometrics concerns the use of statistical methods in:

  1. estimating economic relationships
  2. testing economic theory
  3. evaluating government and business policy

Some applications receives a great deal of public attention: forecasts of macroeconomic variables (i.e. interest rates, inflation, unemployment rate)

Econometrics has much wider applications:

  1. the effect of school spending on student performance
  2. the effect of education on wages
  3. testing for discrimination in credit markets
  4. the effect of minimum wages on unemployment
  5. the effect of benefits on length of time unemployed
  6. the effect of government policies on inflation and economic growth

Common feature: Econometrics deals with nonexperimental data drawn from observing economic events

Empirical Analyses generally consist of:

  1. An economic model – which may be formally developed (e.g. derivation of consumer demand equations from a model of utility maximisation) or based on intuitive reasoning
  2. An econometric model – which requires specifying the nature of the relationship between variables

The Nature of Econometrics

In econometric analysis the special features of the datasets need to be taken into account

The most important data structures are:

  • Cross-sections
  • Time series
  • Pooled Cross-sections
  • Panels

Sample of individuals, households, firms, countries or other units taken at a point in time (i.e. “snapshot”)

Usually obtained by random sampling from the population

Cross-sectional data are widely used in economics and other social sciences

Data set on wages and other personal characteristics

obs.wageeduc.exper.femalemarried
13.1011210
23.24122211
33.0011200
46.0084001
55.3012701
......
......
52511.5616501
5263.5014510

Note: The order of the observations (obs. number) is not important

Observations on a variable (or set of variables) over time For example: stock prices, CPI, GDP, crime rates

The chronological ordering of observations is important

Observations cannot be assumed to be independent over time, most economic time series are (strongly) related to their recent histories

  • Econometric model needs to take this into account

Data frequency is also important, due to seasonal patterns (e.g. daily, weekly, monthly, quarterly, annual)

Data set on minimum wages in Puerto Rico

obs.yearminwgcoverunempgnp
119500.2020.115.4879
219510.2120.716.0925
319520.2322.614.81016
......
......
3819873.3558.216.84497

Some data sets have both cross-sectional and time series characteristics

For example ABS Household Expenditure Surveys; 1975, 1984, 1988, 1993, 1998,

2003, 2009, 2014

  • Record family income, expenditure, family size,…
  • New random sample each year

Pool them to increase sample size – no family is in the sample for the 2 years

Two years of house prices

obs.yearhpriceproptax m2 bedrms
1199285000425302
2199267800355122
31992134690349402.5
......
250199265780413101
2511994187999248203
......
520199457200165001.5

Consists of a time series for each cross-sectional unit

Follow the same individuals / families / firms etc. over time

Example: data on wages, union membership and other individual characteristic

obs.personyearwageeducunion
11199021.5160
21199122.1160
32199015.6120
42199117.9121
......
499250199015.081
500250199116.180

Panel data has some important advantages over other data structures:

Can control for certain types of unobserved characteristics, and can study lags in behaviour

Some important questions can only be answered with panel data:

  • e.g. studying dynamic behaviour of individual units

Has become an important area for policy evaluation

Focus on panel data methods toward the end of the semester

In most tests of theory, and policy evaluation, the goal is to infer a causal effect of one variable on another

Most propositions in economics are ‘ceteris paribus’ (or conditional) by nature

Example: What is the effect of an extra year of education on individual’s wages, holding all other factors constant (such as experience, hours of work, occupation, innate ability)? If these other factors are not constant, we cannot determine the casual effect of education on wages:

  • Not feasible to literally hold ‘all else equal’
  • Have enough other factors been held constant to infer causality?

Properly applied, econometric methods can simulate a ceteris paribus experiment

  • Economic theory and econometrics together can help us uncover causal effects

The Multiple Regression Model – Estimation

Motivation

Multiple regression analysis allows us to explicitly control for many factors which affect the dependent variable

  • better able to draw ‘ceteris paribus’ conclusions
  • better explanation of the variation in the dependent variable
  • flexible functional forms

Multiple regression allows many observed factors to affect y. The general multiple regression model is:

y β0 + β1 x1 + β2 x2 + β3 x3 + · · · βk xk u (1)

There are k independent variables plus an intercept, hence k + 1 (unknown) population parameters

No matter how many explanatory variables we include in the model, there will always be factors we cannot include and these are all contained in u – the regression error term

The key assumption for the multiple regression model is:

E (u | x1, x2, . . . , xk) = 0 (2)

This is called the Zero Conditional Mean (ZCM) assumption: factors in the unobserved error term are independent of all the explanatory variables

Implies that u is uncorrelated with x1, . . . , xk

Critical for OLS to be unbiased

The Mechanics of OLS

Graphically, it is the ‘line of best fit’

Algebraically, the OLS estimates βˆ0, βˆ1, . . . , βˆk  are chosen to minimise the sum of squared residuals:

n

yi βˆ0 βˆ1 xi1 βˆ2 xi2 βˆ3 xi3 βˆk xik (3)

i=1

Can solve using calculus (e.g. there are k + 1 first order conditions)

But for moderate n or k, this is very hard to do by hand, but is easy with modern computers!

The equation:

ˆy βˆ0 + βˆ1 x1 + βˆ2 x2 + · · · βˆk xk (4)

is the OLS regression line (or sample regression function)

βˆ0  = OLS intercept estimate

βˆ1, . . . , βˆk  = OLS slope estimates

(Also equivalent “Method of Moments” derivation for OLS)

The OLS regression line can be written in the form of changes:

∆ˆy βˆ1 ∆x1 + βˆ2 ∆x2 + · · · βˆk  xk (5)

The coefficient on x1 measures the change in ˆy due to a one-unit increase in x1 holding all other independent variables constant

Can use estimated model to gauge the effect of changing more than one independent variable at the same time

Once we have the OLS regression line, we can calculate the fitted or predicted value for each observation:

ˆyi βˆ0 + βˆ1 xi1 + βˆ2 xi2 + · · · βˆk xik (6)

we just plug the values of the independent variables into the OLS regression model to get the predicted values

The OLS residual for observation i is:

uˆi yi  ˆyi (7)

The OLS fitted values and residuals have some important properties:

  1. The sample average of the residuals is 0: ∑n uˆi = 0
  2. The sample covariance between each independent variable and the OLS residuals is 0. As a result, the sample covariance between the OLS fitted values and the

residuals is 0. ∑n xijuˆi = 0 for all j

  • The point (¯x1, ¯x2, . . . , ¯xk, ¯y) is always on the regression line

Define:

  1. total sum of squares (SST)

n

SST = (yi ¯y)2 (8)

i=1

  • explained sum of squares (SSE)

n

SSE = (ˆyi ¯y)2 (9)

i=1

  • sum of squared residuals (SSR)

n

2 (10)

Note: SST SSE SSR

i=1

The R-squared is defined as:

R2 = SSE = 1  SSR

(11)

SST SST

which is the ratio of the explained variation to the total variation in y R2  also equals the squared correlation coefficient between yi and ˆyi

The R2 never decreases (and generally increases) when additional explanatory variables are added to the model

Measurement and Functional Form

The effects of changing the units of measurement:

If y is multiplied by a constant c, then the OLS intercept and slope estimates are also multiplied by c

Multiplying x by a constant c leads to the OLS slope estimate changing by 1/c (and the intercept estimate is unchanged)

Example: CEO Salary and Returns on Equity

salary β0 + β1 roe u

where salary is measured in $1000 and roe is measured in per cent

  • R2 not change when we change the units of measurement

Can allow for nonlinearities by transforming the dependent and/or independent variables

It is common in applied research for the dependent variable to be in log form

Example 1: The wage-education regression model Model 1:

wage β0 + β1 educ u

where, for a particular sample, βˆ1 = 12.9

An extra year of education is predicted to increase a persons wage by $12.90 (this applies for whether the person has 1 year or 16 years of education)

Model 2:

log(wage) = β0 + β1 educ u

where, for a particular sample, βˆ1 = 0.083

An extra year of education is predicted to increase a persons wage by 8.3%

The percentage change in the wage is the same for each additional year of education (so the absolute change in the wage level for an extra year of education increases as education increases)

Table: Summary of Functional Forms Involving Logarithms

ModelDependent variableIndependent variableInterpretation of β1
level-levelyxy β1 ∆x

level-log y log (x) ∆y = (β1/100) %∆x log-level log (y) x %∆y = (100β1) ∆x log-log log (y) log (x) %∆y β1%∆x

Why is this linear regression?

  • The model y β0 + β1 x1 + . . . βk xk u is linear in the parameters

The mechanics of OLS do not depend on how y and x are defined, however the

interpretation of the coefficients does depend on their definitions

Expected Values of the OLS Estimators

Unbiasedness of OLS: Does E (βˆj) = βj? Multiple Linear Regression (MLR) Assumptions:

  1. Linear in Parameters: Population model:

y β0 + β1 x β2 x2 + · · · βk xk u (12)

  1. Random Sampling: We have a random sample of size n:

{(xi1, xi2, . . . , xik, yi) : i = 1, . . . , n} from the population, for which:

yi β0 + β1 xi1 + β2 xi2 + · · · βk xik ui, i = 1, . . . , n (13)

  1. No Perfect Collinearity: No independent variable is constant and there is no exact linear relationships among the independent variables:
    1. independent variables may be correlated, but they cannot be perfectly correlated
    1. if the variables are perfectly correlated, the solution is to drop one of the variables
    1. this has nothing to do with the error term u
    1. Zero Conditional Mean: The error u has an expected value of 0 given any value of the independent variables

E (u | x1, x2, . . . , xk) = 0 (14)

With Assumptions A-1 to A-4:

E (βˆj) = βj, j = 0, 1, . . . , k (15)

The OLS estimators are unbiased estimators for the population parameters

  • the sampling distributions of βˆj  is centred around βj

if we collected repeated samples of data the OLS procedure would, on average, give us the population parameter values

  • if the sample is ‘typical’ then our estimates will be ‘near’ the population values

Including Irrelevant Variables in the Regression Model:

if an explanatory variable is irrelevant, then the population parameter, β, is equal to 0

  • OLS is still unbiased

but, including irrelevant variables is not completely harmless as it has undesirable effects on the variances of the OLS estimators

True model:

y β0 + β1 x1 + β2 x2 + u (16)

Estimate the regression model:

ˆy βˆ0 + βˆ1 x1 + βˆ2 x2 + βˆ3 x3 (17)

Since E (βˆj) = βj, this implies: E (βˆ0) = β0, E (βˆ1) = β1, E (βˆ2) = β2, and

E (βˆ3) = β3 = 0

Suppose we omit a variable that belongs in the population model

  • causes the OLS estimators to be biased
  • can consider the direction and size of the bias

Example:

True model:

y β0 + β1 x1 + β2 x2 + u (18)

Estimate the regression model:

˜y β˜0 + β˜1 x1 (19)

Suppose:

wage β0 + β1 educ β2 ability u (20)

but we only have data on wage and education and so estimate the alternative model:

wage β0 + β1 educ v (21)

and hence v β2 ability u

The simple regression estimate of β1 from (21) corresponds to β˜1  in (19)

Find that:

E (β˜1) = β1 + β2δ˜

̸β1

(22)

where δ˜ is the slope coefficient from the simple regression of x2 on x1 (i.e. δ˜ is the sample covariance between x2 and x1)

Note that:

E   β˜1     β1 = β2δ˜

is known as the omitted variable bias

(23)

There are two (2) special cases where the omitted variable bias will equal zero: 1. β2 = 0

2.  δ˜ = 0 Even if x2 does belong in the population model, β˜1  will be an unbiased estimator of β1 if x1 and x2 are uncorrelated

  • This is equivalent to E (x2 | x1) = 0

leaving x2 in the error term does not violate the ZCM assumption for the error term

Summary of bias in β˜1  when x2 is omitted in estimating equation (23):

Cov (x1, x2) > 0 Cov (x1, x2< 0

β2 > 0 positive bias negative bias

β2 < 0 negative bias positive bias

In practice, we do not know β2 but we may have a good idea based on theory or intuition

Suppose the model:

log (wage) = β0 + β1 educ β2 ability u (24)

satisfies Assumptions 1–4, but we estimated the following:

log^(wage) = 0.584 + 0.083 educ (25)

Since these are the results from just one sample, we cannot say whether the true β1 is greater or less than 0.083, but the average of estimates across many random samples would be too large (assuming education and ability are positively correlated and

β2 > 0)

the size of the bias is also important (e.g. a small bias in either direction may not be a concern)

Variances of the OLS Estimators

Concerned with the spread of the sampling distribution of the OLS estimators Need to add an extra assumption:

  1. Homoskedasticity (i.e. constant variance):

Var (u | x1, . . . , xk) = σ2

  • variance of the error term is unrelated to the explanatory variables
  • if this assumption fails then the model exhibits heteroskedasticity
  • Very different to Assumption 4 (ZCM)

Note: Assumptions 1–5 together are known as the Gauss-Markov Assumptions

Under Assumptions A-1 to A-5:

2

  σ

SSTj (1  R2)

for j = 1, . . . , k (26)

where SSTj = ∑n (xij  ¯xj) is the total sample variation in xj and R2  is the R-squared

from regressing xj on all the other independent variables (including an intercept)

  • not prove this result
  • useful to see the components that make up Var (βˆj)

the size of Var  βˆj is important in practice – it tells us how precise the OLS estimates are

  1. The Error Variance: σ2
    1. the larger is σ2 the larger the variance of the OLS estimators

i.e. more ‘noise’ in the population equation, the harder it is to estimate the partial effect of any independent variable on y

  • The Total Sample Variation in xjSSTj
    • the larger the total variation in xj the smaller is Var  βˆj
    • we can increase the total sample variation in the xj by increasing the sample size
  • The Linear Relationship among the Independent Variables: R2
    • Notice this is NOT the R2 in the regression of y on x1, . . . , xk
    • R2 is obtained from the regression of xj on the other independent (x) variables

R2 is the proportion of the sample variation in xj that can be explained by the other independent variables in the model

High (but not perfect) correlation between 2 or more independent variables is known as multicollinearity

Multicollinearity does not violate any of our Assumptions 1–5

A high degree of correlation between some independent variables may be irrelevant in practice if it does not involve the parameters/variables we are most interested in

Example:

y β0 + β1 x1 + β2 x2 + β3 x3 + u

x2 and x3 may be highly correlated, but if mostly interested in x1 then Var  βˆ1 may be small if x1 not highly correlated with x2 and x3

An unbiased estimator of σ2 (under Assumptions 1–5) is:

n

σˆ2 = (n 1 1) ∑ uˆ2

(27)

= (n

 k 

SSR

 k  1)

i=1

where n is the number of observations and k is the number of independent variables Note that the degrees of freedom (df) for the OLS model is given by:

df = (number of obs)  (number of estimated parameters)

n  (k + 1) = n  k  1

Efficiency of OLS

This result is important because it justifies the use of OLS above any other alternative method for estimating the population parameters!

Under Assumptions A-1 to A-5, βˆ0, βˆ1, . . . , βˆk  are the best linear unbiased estimators (BLUEs) of β0, β1, . . . , βk, respectively

  • Assumptions 1–4 imply that the OLS estimators are unbiased

Linear estimators are estimators that can be expressed as a linear function of the data for the dependent variable

OLS is one of many linear, unbiased estimators of the population parameters ‘Best’ means that the estimator has the lowest variance

Given Assumptions 1–5, OLS are BLUE: the most precise, unbiased, linear estimator – justifying our use of OLS

Note: No need to prove Gauss-Markov result – important to be aware of the efficiency of OLS (under Assumptions 1–5)  reason for focus on OLS

Summary

  1. Multiple regression allows us to hold other factors fixed when we examine the effect of a particular independent variable on the dependent variable
  2. The model is linear in the parameters (β) – and nonlinear relationships can be modelled by choosing the form of the dependent and independent variables
  3. The method of OLS is easy to apply to estimate the multiple regression model
  4. R2 is the proportion of the sample variation in the dependent variable explained by the independent variables. It is one measure of goodness-of-fit of the model
  • Under the first 4 GM assumptions, the OLS estimators are unbiased
  • Under the 5 GM assumptions, the variance of the OLS slope estimator depends on the variance of the error term (σ2) and the total, independent variation in the explanatory variable
  • Under the 5 GM assumptions, the OLS estimators are BLUE
此图片的alt属性为空;文件名为428a5d076a5c26765b1d9471292d46cb.jpg

担心学业?你还有其他选择!

KJEssay 学年守护计划!

我们是全网首家积极根据新政策优化应对方案的论文服务机构!

全面升级给你最好的防护!

1、远程代劳,资料下载,作业提交,有需要全程代劳!

KJEssay已对目前主流的教学系统Blackboard、ReCap,以及各校的ePortfolio,对全体老师做过专项培训,这方面有困难的学生,可直接授意老师代劳,我们将为你全面服务!

2、考核考试,老师提前充分备考,同程协助,助力满分!

KJEssay 保障学业提供全面服务!专业老师团队先学习了解课程内容,做充足应对,设计方案,

考试时,老师,专业应急团队,客服,同时待命!

老师快速反应,迅速做出最佳答案以及思路!

应急团队集思广益可对重难点迅速突破!

客服居中,全面负责协调沟通,提高效率!

给予及时而效率的全面帮助!

3、远程上课,录屏打卡课程讨论一个不落!

针对目前在线网课,KJEssay做出专项研究,对包括Autodesk、Azure、Skype、Zoom等视频教学软件有着充分熟悉。上网打卡一个不落。

4、保障隐私安全,全程一人全面追踪服务!所有人均签有隐私合同!

全面服务将主要安排在一位老师全面负责,做好对信息情况的充足了解掌握,不假他手!更因为全程彻底的参与,对情况以及考试有更彻底的把握!更能依据情况做出应对!也更易获取更高分!

客服以及第三方,时刻追踪,定期反馈情况。

5、一举一动全面反馈!时刻监控,看得到的全过程!24小时客服待命!

我们一直把沟通反馈,放在重中之重!尤其是代理服务,最了解的肯定还是客户,所以KJEssay会反馈所有的情况,没有客户允许下,不擅专!不乱动!

以最安全的形式,保障拿到最好的成绩!

在上半年的全面代理中,现已取得了优异的成绩与效果。

此图片的alt属性为空;文件名为35bbe3364a2ce7c2de4d6716ce45b0aa.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为d578155fe7f87334ab9d272e80498c2f.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为2f1a120444c69fe7a267ab20060348ec.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为21d615ec4d8503ac2380cc30732bee21.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为200b367966acea40ae507d5cf05e1975.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为74dfb41160baebf4cc5f10bdbc4a78bf.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为5de508126b22823e6b5b8210a3dca3cf.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为6622ac43c8ef56a4c3bdf5cd61fadc69.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为6a29689ca0b185e515c419046ec22d0b.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为30c701ceae69f917e42864927b0be21a.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为12559bac08b9eea12ca431b874504d93.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为fcfb0df3fc9bea3e620604f3b628b4a9.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为aabedf10bb2cc61671dc64c733ef3b72.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为83d41a3f3b3be772e336c842211ed29f.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为1b7aff9f394e28fe9016715e48d344eb.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为aed4df7939da959d2df596fc6aa534ac.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为635115284cf3fb723f9dd2152a8f825f.jpg

新学期,我们应对留学网课,更有经验,更加从容!

关于KJEssay

我们是KJEssay,31639人的选择!

此图片的alt属性为空;文件名为1e348b0dbfb0fe9bc770d4fd66bf5ea4.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为7e7391e590eccaf19579cfa2fce375fe.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为50c979b700996121b378e00463d9a33c.jpg
此图片的alt属性为空;文件名为15c412569e730f451ed57fe6212af2ec.jpg

现在就可联系我们

此图片的alt属性为空;文件名为c7bcbc86b3a922d4b4fea9d23e58059b.jpg

微信->添加朋友->添加企业微信联系人:13262280223

官网:https://www.kjessay.com

邮箱:kaijiewrite@163.com  service@kjessay.com

WhatsApp:+44 7410496844(推荐添加)

QQ:1483266981

立即联系我们参与活动吧~



了解 KJESSAY历史案例 的更多信息

立即订阅以继续阅读并访问完整档案。

继续阅读