113 年 國立臺北大學經濟學系碩士班《統計學(含計量經濟學)》
Robert has observations on variables , , , and . He estimates the following equation by OLS method:
The estimation outcome is as below:
y=6.0+\underset{(1.0)}{3.0}x_1-2.0x_2+4.0x_3 \tag{1}
Explained sum of squares errors , Total sum of squares , where the numbers in parentheses are standard errors for coefficient .
第 I-1 題5 分
What is the true value of (estimated error variance) in equation (1)?
(A)
(B)
(C)
(D)
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核心觀念
含截距的多元迴歸估計誤差變異數時,標準的 OLS 殘差變異數估計量為
其中 是殘差平方和, 是觀測值個數, 是估計參數個數,包含截距項。分母 是殘差自由度。
解題方法
本題有 筆觀測值,模型估計了截距 及三個斜率係數 ,所以 ,殘差自由度為
題幹的 SSE 若指殘差平方和,則 。若題幹所稱的 100 是解釋平方和,則由總平方和為 200,可得殘差平方和也是 。因此
選項分析
第 I-2 題5 分
Continue Question 1, Robert estimates the other equation by ordinary least squares (OLS) method:
y=6.0+3.2x_1 \tag{2}
where . If Robert tests the following hypothesis:
what is the value of -statistic?
(A)
(B)
(C)
(D)
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第 I-3 題5 分
Suppose that the true model of is
but you estimated an incorrect model by OLS:
y=\beta_1x_1+v \tag{3}
The true parameter , and has a linear relationship:
E(x_2\mid x_1)=\delta_0+\delta_1x_1 \tag{4}
If we have the prior information that of Equation (4) has negative bias, what is the following condition satisfied for OLS estimator in equation (3)?
(A)
(B)
(C)
(D) cannot decide
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核心觀念
本題考「遺漏變數偏誤」。真實模型包含 ,但估計時省略 。在常見的含截距迴歸設定下,若
省略 對 係數造成的偏誤為
題目給定 ,並將「 有負向關係」解讀為 ,因此 :省略變數會使 的平均值向上偏移。
不過,「向上偏移」不等同於「絕對值變大」。比較 與 ,還需要知道 的符號及偏移幅度。此外, 是樣本估計量,實際樣本值也會受抽樣誤差影響。
解題方法
先用遺漏變數偏誤公式判斷偏誤方向:
因此,標準設定下 的平均值高於 。若以偏誤後的係數 說明,絕對值比較仍取決於 :
- 若 ,正向增加會使絕對值變大。
- 若 ,正向增加可能使係數絕對值縮小,也可能使其越過零點後再變大。
- 若 ,正向偏移會使絕對值增加。
第 I-4 題5 分
Consider the model:
where . If we want to obtain consistent estimator for , which necessary condition must it have?
(A)
(B)
(C)
(D)
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核心觀念
本題考查含截距線性迴歸中,OLS 斜率估計量一致性的外生性矩條件。一致性表示樣本數 增加時,估計量依機率收斂到真值:
以下依標準假設討論 OLS:樣本平均數與樣本共變異數依大數法則收斂,且 有有限、非零的變異數。
解題方法
含截距迴歸的 OLS 斜率估計量為:
代入 ,常數項 會在去平均後消去,因此:
在樣本矩收斂的條件下:
要使 收斂到 ,須使偏誤項為零;由於 ,條件是:
因此選項 (A) 是 OLS 斜率一致性的必要矩條件。
選項分析
第 I-5 題5 分
Sample selection bias occurs when
(A) data are collected from a population by simple random sampling.
(B) The choice between two samples is made by the researcher.
(C) Samples are chosen to be small rather than large.
(D) The availability of the data is influenced by a selection process that is related to the value of the dependent variable.
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本題考驗對「樣本選擇偏差」(Sample Selection Bias) 的定義與理解。
樣本選擇偏差是指,當用於分析的樣本並非來自總體中隨機抽取的一部分,而是由於某種選擇機制導致樣本的形成過程與總體有所不同,進而使得樣本的特徵不能代表總體時,就會產生樣本選擇偏差。這種選擇機制通常與我們感興趣的因變數有關。
我們來分析各選項:
(A) 資料是透過簡單隨機抽樣從總體中收集。
簡單隨機抽樣是理想的抽樣方法,它保證了每個樣本點被選中的機率均等,並且樣本能夠代表總體。因此,這不會導致樣本選擇偏差。
(B) 研究者在兩個樣本之間做出選擇。
如果研究者基於某些與因變數相關的標準來選擇樣本,則可能產生偏差。但選項本身不夠具體,需要知道選擇的標準是什麼。
第 I-6 題5 分
The major flaw of the linear probability model is that
(A) the actuals can only be and , but the predicted are almost always different from that.
(B) People do not always make clear-cut decisions.
(C) The regression cannot be used as a measure of fit.
(D) The predicted values can lie above and below .
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核心觀念
線性機率模型(linear probability model, LPM)以線性迴歸估計二元應變數 的條件期望。因為 只取 或 ,所以其條件期望等於事件發生的條件機率:
機率必須介於 與 之間;但線性模型的預測值沒有這項限制。
解題方法
圖中第 I-6 題詢問線性機率模型的主要缺點;選項分別提到實際值與預測值不同、決策是否明確、 的用途,以及預測值是否可能超出 至 。判斷關鍵是檢查線性迴歸的預測值是否必然符合機率的範圍。
LPM 的預測值為 。由於這是線性函數,在某些 值下預測結果可能小於 或大於 ,無法解釋為合理機率。因此,預測值超出機率範圍是此模型的主要缺點。
選項分析
Let , and be observable variables, and let be an unobserved (or latent) variable. Consider the model
y=\beta_0+\beta_1x_1+\beta_2x_2+\gamma_1z^*+\gamma_2(x_2z^*)+u \tag{5}
E(u\mid x_1,x_2,z^*)=0 \tag{6}
Assume that is normalized so the . As a specific example, might be wage (or log wage) of an individual, is education, is education, and is unobserved ability.
第 II-1 題10 分
If , , and are the OLS estimators from the regression on .
Whether , and are consistent estimators?
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核心觀念
本題考查遺漏變數下的 OLS 一致性。關鍵在於:被省略的部分是否與納入迴歸的解釋變數相關。只要複合誤差項對解釋變數的條件期望為零,且滿足一般大樣本正則條件,OLS 估計量便一致。
解題方法
令
將原模型改寫成以 為解釋變數的迴歸:
其中複合誤差項為
對 取條件期望。由題目條件 ,且 已知於條件集合內,
另外,由迭代期望法則及 ,
因此,
令 ,則
第 II-2 題10 分
Now suppose that there is an observable variable that is redundant in (5), so that
and
E(z^*\mid x_1,x_2,z)=\delta_0+\delta_1z \tag{7}
How to obtain consistent estimators of and ?
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核心觀念
這題考的是利用條件期望把未觀察的 消去,建立只含可觀察變數的條件平均方程。關鍵在於 :它會把 對 的條件期望改寫成以 平均數為中心的形式,讓 的係數仍是 。
解題方法
由迭代期望定理及題目給定的外生性條件,
再由式 (7) 及 ,對兩邊取期望可得
因此
令 。因為 在給定 時是已知的,
將模型對 取條件期望,得到
第 III-1 題10 分
A test for a certain disease is accurate. If a person has the disease, there's a chance the test will be positive. If a person doesn't have the disease, there's a chance the test will be positive.
If of the population has the disease, what is the probability that a person has the disease given they tested positive?
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核心觀念
本題考貝氏定理:已知檢驗結果為陽性,反推受檢者罹病的機率。不能只看檢驗對患者的陽性率,還要同時考慮疾病盛行率,以及未罹病者出現偽陽性的機率。
令 表示罹病, 表示檢驗陽性。題目給定:
其中 是未罹病者檢驗呈陽性的機率。
解題方法
套用貝氏定理:
先求未罹病的比例:
代入數值:
第 III-2 題10 分
Given a joint density function
for and , find the marginal density function of for to calculate the expected value (mean) of .
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核心觀念
由聯合機率密度函數求 的邊際密度,須將聯合密度對另一變數 積分:
積分範圍要依照聯合密度的支持區域決定。取得 後, 的期望值為:
解題方法
題目給定支持區域 、。固定一個 ,由 可得 ;再配合 ,積分範圍是 。
因此, 的邊際密度為:
在區間外,密度為零:
第 III-3 題10 分
A car manufacturer claims that their new electric car model has an average range of at least miles on a single charge. A random sample of cars was tested, and it was found that they had an average range of miles with a standard deviation of miles.
At a significance level, calculate the " value" to test the manufacturer's claim.
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核心觀念
母體標準差未知,以樣本標準差 估計,使用單一母體平均數的 檢定。檢定統計量為
其中 為樣本平均數、 為虛無假設下的母體平均數、 為樣本數;自由度為 。
解題方法
製造商主張平均續航里程至少為 英里,因此採左尾檢定:
計算檢定統計量時,以虛無假設的邊界值 代入。已知 、、:
第 III-4 題5 分
We have two six-sided dice, one blue and one green. Each die can show a number from to with equal probability.
We're interested in two variables: the total (sum) of the numbers that show up, and the difference (blue minus green). Let's call the total '' and the difference ''.
We want to find out the covariance between and .
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核心觀念
共變異數衡量兩個隨機變數的線性共同變動,定義為
本題令藍色骰子的點數為 ,綠色骰子的點數為 ,則 、。兩顆骰子同分布,因此 。
解題方法
將 與 相乘:
因此
另外,兩顆骰子的期望值皆為
所以
代入共變異數定義:
第 III-5 題5 分
Let and be two distinct random variables. The mean of is given as , and its variance is . The mean of is , and its variance is . The correlation coefficient between and is established at .
Please compute the variance of the linear combination .
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核心觀念
線性組合的變異數除了各隨機變數本身的變異數,也會受到兩者共變異數影響:
共變異數可由相關係數換算:
本題給定 、,因此標準差分別為 、。
解題方法
先利用相關係數求出共變異數:
再將 、 代入線性組合變異數公式:
第 III-6 題5 分
A population has a mean of and a standard deviation of . Using Chebyshev's inequality, determine the minimum proportion of the population that lies within the range to .
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核心觀念
切比雪夫不等式適用於具有有限平均數與有限變異數的母體,不要求母體服從常態分配。對任意 ,距離平均數不超過 個標準差的比例至少為
解題方法
母體平均數為 ,標準差為 。題目給定的範圍 至 ,相對於平均數可寫成
每側距離平均數 ,相當於
第 III-7 題5 分
Suppose a variable follows normal distribution. The mean for is and variance is . We define
Suppose the lifetime of a machine component is . Find the probability that a randomly chosen component lasts less than hours.
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核心觀念
若 且 ,則 為對數常態分配。由於指數函數嚴格遞增,事件 等價於 :
題目給定 、,因此標準差為 。
解題方法
先將所求機率改寫為常態變數的累積機率,再將 標準化: