Tema 3: Procedimientos de Constrastación y Selección de Modelos 1 TEMA 3: PROCEDIMIENTOS DE CONTRASTACIÓN Y SELECCIÓN DE MODELOS 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. Estimación Restringida. 3.2) Contrastes de Selección de Modelos - Razón de Verosimiltud - Test de Wald - Multiplicadores de Lagrange - Contraste de Nulidad de un Subconjunto de Parámetros 3.3) Contraste de Chow de Cambio Estructural. 3.4) Contraste RESET de Ramsey 2 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. MODELO d Y = X ⋅ β +U U → N (ϑ , σ u2 ⋅ I ) MCO - LINEAL βˆMCO = ( X '·X ) · X '·Y −1 βˆ MCO = W ⋅ Y - INSESGADO E ( βˆ MCO ) = β - CONSISTENTE lim βˆ MCO = β n→∞ - ÓPTIMOS PREGUNTA: ¿Se Podría Mejorar la Estimación MCO? La incorporación al proceso de estimación de algún tipo de INFORMACIÓN EXTRÍNSECA e INSESGADA sobre los parámetros del modelo podría permitir una mayor precisión de los βˆMCO (varianza más pequeña). 3 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. Un Ejemplo: MODELO NO-LINEAL MODELO BASADO EN LA FUNCIÓN DE PRODUCCIÓN COBB-DOUGLAS Yi = γ ·K iα ·Lβi ·U i en donde Y K ∀i = 1,..., n LINEALIZABLE es el output es el factor productivo capital L es el factor productivo trabajo γ , α y β Son los parámetros del modelo U es la perturbación ¿CÓMO? Considerando un Modelo Doble-Log 4 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. Un Ejemplo: MODELO NO-LINEAL α β Yi = γ ·K i ·Li ·U i LINEALIZABLE ln(Yi ) = ln γ + α ·ln( K i ) + β ·ln( Li ) + ln(U i ) MCO γˆ0 α̂ β̂ ¿CÓMO SE INTERPRETAN LOS COEFICIENTES ESTIMADOS? ELASTICIDADES 5 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. Un Ejemplo: Vamos a suponer que disponemos de INFORMACIÓN EXTRÍNSECA E INSESGADA que confirma la HIPÓTESIS DE RENDIMIENTOS CONSTANTES A ESCALA H0 :α + β = 1 β = 1−α Incorporando la Información en el Modelo obtenemos ln(Yi ) = ln γ + α ·ln( K i ) + β ·ln( Li ) + ln(U i ) α + β =1 Yi Ki ln = ln γ + α ·ln + ln(U i ) Li Li ∀i = 1,..., n 6 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. Un Ejemplo: Y K ln i = ln γ + α ·ln i + ln(U i ) Li Li ¿QUÉ OBSERVAMOS? Hay un Menor Número de Parámetros a Estimar 2 Las Variables del Modelo Restringido son Diferentes Variable Independiente Modelo que resulta de aplicar la restricción β = 1−α 1 Variable Dependiente MODELO RESTRINGIDO Yi ln Li Ki ln Li Output por Trabajador Capital por Unidad de Trabajo 7 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. Un Ejemplo: PREGUNTA: ¿La Estimación MCO en el Modelo Restringido será MÁS PRECISA que en el Modelo General? ¿ Var (αˆ MCO Modelo Re stringido RESPUESTA: SÍ ¿Por qué? Modelo General ) < Var (αˆ MCO )? Dado el mismo número de observaciones n, en el modelo restringido hay que estimar un menor número de parámetros. 8 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. Un Ejemplo: Yi Ki ln = ln γ + α ·ln + ln(U i ) Li Li Y1 ln L1 Y ln 2 L2 * Y = . . . ln Yn L n K1 1 ln L 1 K2 1 ln L2 X* = . . . . . . K 1 ln n L n MÍNIMOS CUADRADOS RESTRINGIDOS ( βˆ * = βˆMCR = X *' · X * ) −1 · X *' ·Y * ¿QUÉ VENTAJAS SE OBTIENE DE MCR? Si la Hipótesis es cierta …. βˆ * = βˆMCR es un estimador Lineal Insesgado, Consistente, Óptimo y con una menor varianza que β̂ MCO aplicado al modelo sin restricciones. 9 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. Un Ejemplo: PREGUNTA 1 ¿CÓMO SABER SI LA HIPÓTESIS DE RENDIMIENTOS CONSTANTES A ESCALA ES CIERTA? ¿α + β = 1? Especificar el Contraste H0 :α + β = 1 2 Definir el Estadístico d αˆ + βˆ − 1 αˆ + βˆ − 1 → t n − K −1 t= = ˆ ˆ ˆ Var (αˆ + β ) Var (αˆ ) + Var ( β ) − 2·Cov(αˆ , β ) 3 Regla de Decisión Si t < t n − K −1 Aceptamos H 0 : α + β = 1 10 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. Un Ejemplo: PROCEDIMIENTO SEGUIDO EN LA ESTIMACIÓN MCR 1 Incorporar la Restricción en el Modelo General α + β =1 2 ln(Yi ) = ln γ + α ·ln( K i ) + β ·ln( Li ) + ln(U i ) Especificar el Modelo Transformado o Restringido Y K ln i = ln γ + α ·ln i + ln(U i ) Li Li 3 Calcular los MCO del Modelo Restringido ( βˆ * = βˆMCR = X *' · X * ) −1 · X *' ·Y * 11 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. Un Ejemplo: PROBLEMAS DE SEGUIR ESTE PROCEDIMIENTO 1 Existen complicaciones si el número de restricciones es mayor que 1 2 Puede suceder que el modelo restringido sea complejo SOLUCIÓN Definir los Estimadores MCR de forma general 12 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. MÍNIMOS CUADRADOS RESTRINGIDOS De forma general vamos a suponer que existe q restricciones lineales de los parámetros: R·β = r o R·β − r = 0 en donde R(qx ( K +1)) Matriz de Coeficientes Constantes (no estocásticos) β ( K +1)x1 Vector con los Parámetros del Modelo rqX 1 Vector con Valores Correspondientes a la Hipótesis Nula 13 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. MÍNIMOS CUADRADOS RESTRINGIDOS Ejemplos de la Notación Matricial 1 H 0 : β1 = 1 R·β = r Tenemos 1 Restricción (q = 1) R[1x ( K +1) ]·β [( K +1) x1] = r1x1 β0 β 1 . [0 1 0 . . . 0]· = 1 . . β K 14 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. MÍNIMOS CUADRADOS RESTRINGIDOS Ejemplos de la Notación Matricial 2 H 0 : β1 + β 2 = 0 R·β = r Tenemos 1 Restricción (q = 1) R[1x ( K +1) ]·β [( K +1) x1] = r1x1 β0 β 1 . [0 1 1 . . . 0]· = 1 . . β K 15 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. MÍNIMOS CUADRADOS RESTRINGIDOS Ejemplos de la Notación Matricial 3 R·β = r H 0 : β 0 + β1 = 3 y H 0 : β 2 − β 3 + β K = 0 R[2 x ( K +1) ]·β [( K +1) x1] = r2 x1 Tenemos 2 Restricción β0 β 1 β2 1 1 0 0 0 . . . 0 β 3 3 0 0 1 − 1 0 . . . 1· . = 0 . . β K (q = 2) 16 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. MÍNIMOS CUADRADOS RESTRINGIDOS Ejemplos de la Notación Matricial 4 H 0 : β1 = β 2 = ... = β K = 0 R·β = r Tenemos K Restricción (q = K ) R[Kx ( K +1) ]·β [( K +1) x1] = rKx1 0 0 0 . . . 0 1 0 0 . . . 0 1 0 . . . 0 0 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 0 0 . . . β0 0 0 β1 0 0 β2 0 0 β3 =. . · . . . . . . . 0 1 β K 17 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. MÍNIMOS CUADRADOS RESTRINGIDOS Contrastar el Cumplimiento de las Restricciones H 0 : R· β = r ( R·βˆ − r )'·[R·Vˆar (βˆ )·R '] ·(R ⋅ βˆ − r ) F= →F −1 d q , n − K −1 q (Ver demostración) Otras formas equivalentes (e ·e *' F= * − e'·e q e'·e n − K −1 ) (βˆ o F= * ) ( − βˆ '·X '·X · βˆ * − βˆ q e'·e n − K −1 ) * * e y β donde son los residuos y los coeficientes estimados de la regresión 18 restringida. TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. MÍNIMOS CUADRADOS RESTRINGIDOS Contrastar el Cumplimiento de las Restricciones REGLA DE DECISIÓN · Si F > Fq ,n − K −1,α · Si F ≤ Fq ,n − K −1,α Se Rechaza la Hipótesis Nula H 0 : R· β = r Se Acepta la Hipótesis Nula H 0 : R· β = r NO MCR SÍ MCR 19 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.1) Introducción a los Modelos con Restricciones. MÍNIMOS CUADRADOS RESTRINGIDOS ¿Cómo Calcular los EMCR? ˆ )'·(Y − X ·βˆ ) ( β min SCE = e '· e = Y − X · ˆ {β } S .a. : R·βˆ = r ( (Ver demostración) ) βˆR = βˆMCO + ( X '·X )−1 ·R'· R·( X '·X )−1 ·R' ·(r − R·βˆMCO ) −1 20 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.2) Contrastes de Selección de Modelos. 3.2.1) El Contraste de Razón de Verosimilitud Sea: · ϑ un Vector de Parámetros a Estimar. · H 0 la Hipótesis Nula en la que se indica alguna restricción: H 0 : R·θ = θ 0 ϑ̂u el Estimador de Máxima Verosimilitud sin tener en cuenta la restricción · ϑ̂R el Estimador de Máxima Verosimilitud teniendo en cuenta la restricción · ( ) ( ) las funciones de verosimilitud evaluadas en · Lˆu ϑ̂u y Lˆ R ϑ̂R respectivamente: Lˆu = max L(Y , ϑ ) {ϑ∈Θ} Lˆ R = max L(Y , ϑ ) {ϑ∈W } ϑ̂u y ϑ̂R en donde Θ es el espacio de parámetros y es un subconjunto de ese espacio: ϑR ∈ w ⊂ Θ ϑu ∈ Θ 21 W TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.2) Contrastes de Selección de Modelos. 3.2.1) El Contraste de Razón de Verosimilitud Definición: La Razón de Verosimilitud Lˆ R λ= Lˆu λ ∈ [0,1] Idea: Si λ toma un valor muy bajo entonces dudaremos de la validez de la restricción (¿por qué?). ESTADÍSTICO DEL CONTRASTE RAZÓN DE VEROSIMILITUD: d RV = −2·log(λ ) = 2·[log( Lˆu ) − log( Lˆ R )]→ χ q2 donde q es el número de restricciones. Regla de Decisión: Si RV > χ q2,α Se Rechaza la Hipótesis Nula de Validez de las Restricciones. 22 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.2) Contrastes de Selección de Modelos. 3.2.2) El Contraste de Wald Sea: · ϑ̂u el Vector de Parámetros Estimados obtenido sin tener en cuenta las restricciones. · La Hipótesis Nula en la que se indica alguna restricción: H 0 : R·θ = ϑ0 ESTADÍSTICO DE WALD: [ W = [R·ϑˆu − ϑ0 ] · R·Vˆar (ϑˆu )·R ' Regla de Decisión: Si W > χ q2,α d ] ·[R·ϑˆ − ϑ ]→ χ ' −1 0 2 q Se Rechaza la Hipótesis Nula de Validez de las Restricciones. 23 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.2) Contrastes de Selección de Modelos. 3.2.2) El Contraste de Wald Ejemplo: El Contraste de Wald con una Restricción H 0 : θ = θ0 H1 : θ ≠ θ 0 ' −1 W = [θˆ − ϑ0 − 0] ·[Var (θˆ)] ·[θˆ − ϑ0 − 0] ( θˆ − ϑ ) W= 2 0 Var (ϑˆ ) Regla de Decisión: Si W > χ12,α d → χ12 Se Rechaza la Hipótesis Nula de Validez de las Restricciones. 24 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.2) Contrastes de Selección de Modelos. 3.2.3) El Contraste del Multiplicador de Lagrange FUNCIÓN DE MÁXIMA VEROSIMILITUD Lu (ϑ ) = max L(Y , ϑ ) {ϑ } ϑ ∈Θ C.P.O: S (ϑ ) = ∂ log(Lu (Y ,ϑ ) ) =0 ∂ϑ SCORES DEL MODELO [(K + 1)x1] ϑˆu S (ϑˆu ) = 0 25 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.2) Contrastes de Selección de Modelos. 3.2.3) El Contraste del Multiplicador de Lagrange Supongamos ahora el Modelo Restringido considerando la Hipótesis Nula H 0 : R·θ = ϑ0 Si esta Hipótesis es cierta, entonces … ∂ log(Lu (Y , ϑˆR ) ) ˆ S (ϑR ) = ≈0 ∂ϑ Si la Hipótesis Nula es Cierta, entonces la expresión del SCORE del Modelo No Restringido evaluado en el punto ϑ̂ debe ser próximo a cero. R 26 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.2) Contrastes de Selección de Modelos. 3.2.3) El Contraste del Multiplicador de Lagrange ESTADÍSTICO DEL CONTRASTE DEL MULTIPLICADOR DE LAGRANGE: ˆR ) ) d 2 ∂ log(Lu (Y ,ϑˆR ) ) −1 ∂ log (Lu (Y , ϑ L= ·[Var (ϑˆR )] · → χq ' ' ∂ϑ ∂ϑ ' Regla de Decisión: Si L > χ q2,α Se Rechaza la Hipótesis Nula de Validez de las Restricciones. Las Restricciones impuestas no son Válidas: H 0 : R·θ = ϑ0 27 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.2) Contrastes de Selección de Modelos. 3.2.4) Contraste de Nulidad Conjunta de un Subconjunto de Parámetros MODELO DE REGRESIÓN LINEAL MÚLTIPLE Yi = β 0 + β1 · X 1i + β 2 · X 2i + ... + β h · X hi + β h +1 · X h +1i + β h + 2 · X h + 2i + ... + β k · X ki + U i El Contraste a Realizar será: H 0 : β h +1 = β h + 2 = ... = β K = 0 H1 : A lg uno ≠ 0 28 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.2) Contrastes de Selección de Modelos. 3.2.4) Contraste de Nulidad Conjunta de un Subconjunto de Parámetros El Estadístico a emplear será: SCE R − SCEu d K − h F= → FK −h ,n − K −1 SCEu n − K −1 en donde: SCE R es la Suma de los Cuadrados de los Errores del Modelo Restringido. Es decir, es la SCE obtenida al regresar Y X 0 , X 1 ,..., X h SCEu es la Suma de los Cuadrados de los Errores del Modelo Sin Restringir. Es decir, es la SCE obtenida al regresar Y X 0 , X 1 ,..., X h , X h +1 , X h + 2 ,..., X K 29 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.2) Contrastes de Selección de Modelos. 3.2.4) Contraste de Nulidad Conjunta de un Subconjunto de Parámetros La Regla de Decisión será: · Si F ≤ FK − h ,, n − K −1,α Se Acepta la Hipótesis Nula de Validez de las Restricciones. · Si F > FK − h ,, n − K −1,α Se Rechaza la Hipótesis Nula de Validez de las Restricciones. Región Aceptación α (1 − α ) FK +1, n − K −1,α 30 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.3) El Contraste de Chow de Cambio Estructural Permanencia o Constancia Estructural 100 90 Yi = βˆ0 + βˆ1 · X 1i + ei 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 31 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.3) El Contraste de Chow de Cambio Estructural Cambio Estructural 90 Yi = βˆ0 + βˆ1· X 1i + ei 80 70 Yi A = αˆ 0 + αˆ1 · X 1i + ei Yi = βˆ0 + βˆ1 · X 1i + ei 60 50 40 30 Yi B = δˆ0 + δˆ1 · X 1i + ei 20 10 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 32 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.3) El Contraste de Chow de Cambio Estructural EL CONTRASTE DE CHOW: PROCEDIMIENTO PRIMER PASO Realizar la Partición de la Muestra en 2 Submuestras -. La que tiene las N A Primeras Observaciones de la Muestra -. La que tiene las N B Últimas Observaciones de la Muestra N A + NB = N 33 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.3) El Contraste de Chow de Cambio Estructural EL CONTRASTE DE CHOW: PROCEDIMIENTO SEGUNDO PASO Especificar el Contraste de Hipótesis H 0 : β A = β B = β H1 : β A ≠ β B ¿ Y = X A ·β A + ε ≡ Y = X B ·β B + ε ? -. Aceptar la Hipótesis Nula es Indicativo de Permanencia Estructural de los Parámetros -. Rechazar la Hipótesis Nula es Indicativo de Cambio Estructural. Los Parámetros del Modelo no pueden considerarse constantes. 34 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.3) El Contraste de Chow de Cambio Estructural EL CONTRASTE DE CHOW: PROCEDIMIENTO TERCER PASO Determinar el Estadístico [e'·e − (e ·e )] ' A ' + e A B ·eB d K + 1 F= → F( K +1),( N A + N B −2·( K +1)) ' ' e A ·e A + eB ·eB (N A + N B − 2·(K + 1)) ( ) 35 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.3) El Contraste de Chow de Cambio Estructural EL CONTRASTE DE CHOW: PROCEDIMIENTO CUARTO PASO Regla de Decisión -. Si F ≥ F( K +1),( N A + N B − 2·( K +1)),α Rechazar H 0 EXISTE UNA DIFERENCIA SIGNIFICATIVA ENTRE ESTIMAR LAS REGRESIONES SEPARADAS O LA REGRESIÓN CONJUNTA -. Si F < F( K +1),( N A + N B − 2·( K +1)),α Aceptar H 0 36 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.3) El Contraste de Chow de Cambio Estructural EL CONTRASTE DE CHOW: CUESTIONES Y LIMITACIONES 1 Es necesario determinar previamente el Punto de Corte N A . Es un elemento fundamental ya que el contraste es muy sensible a N A 2 La situación deseable es que N A determine 2 submuestras de tamaño aproximadamente equivalente a la mitad del tamaño muestral. Si N A está próximo a alguno de los extremos de la muestra es aconsejable emplear [e'·e − e ·e ] [e'·e − e ·e ] ' A d NB F= → FN B , N A − K −1 eA' ·e A (N A − 2·(K + 1)) ( 3 ' B A ) o B d NA F= → FN A , N B − K −1 eB' ·eB (N B − 2·(K + 1)) ( ) El Test de Chow se puede emplear tanto con datos temporales37 como con datos de corte transversal. TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.4) El Contraste Reset de Ramsey MODELO DE REGRESIÓN LINEAL MÚLTIPLE Yi = β 0 + β1 · X 1i + ... + β K · X Ki + U i FORMA FUNCIONAL LINEAL ¿Qué Sucede si la Forma Funcional No es la Correcta? ESTIMADORES SESGADOS Y POCO PRECISOS ¿Cómo verificar que el Modelo está Bien Especificado? TEST DE RAMSEY 38 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.4) El Contraste Reset de Ramsey ¿ESTÁ EL MODELO DE REGRESIÓN CORRECTAMENTE ESPECIFICADO? PRIMER PASO Estimar el Siguiente Modelo p Yi = β 0 + β1 · X 1i + ... + β K · X Ki + ∑ γ j ·Yˆi j + U i j =2 p en donde j ˆ γ · Y ∑ j i es la suma del ajuste obtenido Ŷi elevado a distintas j =2 potencias (generalmente p=2). 39 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.4) El Contraste Reset de Ramsey ¿ESTÁ EL MODELO DE REGRESIÓN CORRECTAMENTE ESPECIFICADO? SEGUNDO PASO Especificar el Contraste de Hipótesis ¿POR QUÉ ESTE CONTRASTE? Si algún γj H 0 : γ 2 = ... = γ p = 0 H1 : a lg uno es ≠ 0 es significativo, entonces la especificación inicial es Incorrecta Yi = β 0 + β1 · X 1i + ... + β K · X Ki + U i MAL ESPECIFICADO 40 TEMA 3: Procedimientos de Contrastación y Selección de Modelos 3.4) El Contraste Reset de Ramsey ¿ESTÁ EL MODELO DE REGRESIÓN CORRECTAMENTE ESPECIFICADO? TERCER PASO Determinar el Estadístico y la Regla de Decisión 1 El Estadístico F para contrastar la nulidad de un conjunto de parámetros. Si 2 F ≥ F( P −1),(n − K + p − 2 ),α El Modelo está MAL ESPECIFICADO. El Estadístico t si se introduce sólo el cuadrado del ajuste (p=2). Si t ≥ t n − K + p − 2,α El Modelo está MAL ESPECIFICADO. 41