Почему степени свободы для подобранных пар -тест количество пар минус 1?


9

Я привык знать "степени свободы" как , где у вас есть линейная модель \ mathbf {y} = \ mathbf {X} \ boldsymbol {\ beta} + \ boldsymbol {\ epsilon} с \ mathbf {y } \ in \ mathbb {R} ^ n , \ mathbf {X} \ in M_ {n \ times p} (\ mathbb {R}) проектная матрица с рангом r , \ boldsymbol {\ beta} \ in \ mathbb { R} ^ p , \ boldsymbol {\ epsilon} \ in \ mathbb {R} ^ n с \ boldsymbol {\ epsilon} \ sim \ mathcal {N} (\ mathbf {0}, \ sigma ^ 2 \ mathbf {I} _n) , \ sigma ^ 2> 0 .n−r

y=Xβ+ϵ
y∈RnX∈Mn×p(R)rβ∈Rpϵ∈Rnϵ∼N(0,σ2In)σ2>0

Из того, что я вспоминаю об элементарной статистике (то есть, о предлинейных моделях с линейной алгеброй), степени свободы для t критерия согласованных пар - это число разностей минус 1 . Так что это может повлечь за собой X с рангом 1, возможно. Это правильно? Если нет, то почему n−1 является степенью свободы для t критерия для согласованных пар ?

Чтобы понять контекст, предположим, у меня есть модель смешанных эффектов

yijk=μi+ some random effects+eijk
где i=1,2 , j=1,…,8 и k=1,2 . В \ mu_i нет ничего особенного, μiкроме того, что это фиксированный эффект и eijk∼iidN(0,σe2) . Я предполагаю, что случайные эффекты не имеют отношения к этой проблеме, так как мы заботимся только о фиксированных эффектах в этом случае.

Я хотел бы указать доверительный интервал для \ mu_1 - \ mu_2μ1−μ2 .

Я уже показал, что d¯⋅=18∑dj является объективной оценкой μ1−μ2 , где dj=y¯1j⋅−y¯2j⋅ , y¯1j⋅=12∑ky1jk и y¯21⋅ определяется аналогично. Оценка точки d¯⋅ была вычислена.

Я уже показал, что

sd2=∑j(dj−d¯⋅)28−1
является объективной оценкой дисперсии dj , и таким образом,
sd28
является стандартной ошибкой d¯⋅ . Это было вычислено.

Теперь последняя часть выясняет степени свободы. Для этого шага я обычно пытаюсь найти матрицу проектирования - которая, очевидно, имеет ранг 2 - но у меня есть решение этой проблемы, и оно говорит, что степень свободы составляет .8−1

В контексте определения ранга проектной матрицы, почему степени свободы ?8−1

Отредактировано, чтобы добавить: Возможно, полезно в этом обсуждении, как определяется статистика теста. Предположим, у меня есть вектор параметров . В этом случае (если я что-то не совсем упустил). По сути, мы выполняем тест гипотезы где . Затем статистика теста определяется как который будет проверен на центральном -распределении сβ

β=[μ1μ2]
c′β=0
c′=[1−1]
t=c′β^σ^2c′(X′X)−1c
tn−rстепени свободы, где - матрица проекта, как указано выше, и где .X
σ^2=y′(I−PX)yn−r
PX=X(X′X)−1X′

Ответы:


5

критерий совпадения пар с парами на самом деле представляет собой критерий с одной выборкой с размером выборки . У вас есть отличий , и они iid и обычно распространяются. Первый столбец после содержитtntnnd1,…,dn

[d1⋮dn]=[d¯⋮d¯]+[d1−d¯⋮d1−d¯]n d.f.1 d.f.(n−1) d.f.
“=''1степень свободы из-за линейного ограничения, которое говорит, что все записи равны; вторая имеет степеней свободы из-за линейного ограничения, которое говорит, что сумма записей равна .n−10

Итак, другими словами, причина, по которой у нас здесь степеней свободы, не имеет ничего общего с линейной моделью ? n−1y=Xβ+ϵ
— Кларнетист

1
Это имеет отношение к той модели, где матрица является столбцом с, а является матрицей , единственной записью которой является разница между двумя средними значениями. X1β1×1
— Майкл Харди

2
Ага! Итак, ваш вектор был бы тем вектором s, правильно? Большое спасибо! Я не могу поверить, как тяжело было найти ответ на этот вопрос! ydi
— Кларнетист

Да. Это вектор наблюдаемых различий в совпадающих парах. n
— Майкл Харди

2

Большое, большое спасибо Майклу Харди за ответ на мой вопрос.

Идея заключается в следующем: let и . Тогда наша линейная модель имеет вид где является вектором всех единиц, и Очевидно, имеет ранг , поэтому у нас есть степеней свободы ,

y=[d1⋮dn]
β=[μ1−μ2]
y=1n×1β+ϵ
1n×1n
ϵ=[ϵ1⋮ϵn]∼N(0,σ2In).
X=1n×11n−1

Как мы знаем, чтобы установить равным ? Напомним, что и, как легко увидеть, для всех . Учитывая наш , очевидно, каким должен быть . Это потому что β[μ1−μ2]

E[y]=Xβ
E[dj]=μ1−μ2jXβ
E[y]=E[[d1⋮dn]]=[E[d1]⋮E[dn]]=[μ1−μ2⋮μ1−μ2]=Xβ=1n×1β=[1⋮1]β
so должна быть матрицей с .β1×1β=[μ1−μ2]

Установите . Тогда наш тест гипотезы будет Таким образом, наша статистика теста будет У нас есть После некоторой работы можно показать, что Также можно показать, чтоc′=[1]

H0:c′β=0.
c′β^σ^2c′(X′X)−1c.
σ^2=y′(I−PX)yn−r(X).
PX=P1n×1=1n×1(1n)1′.
I−PXсимметрична и идемпотентна. Итак, и
σ^2=y′(I−PX)yn−r(X)=y′(I−PX)′(I−PX)yn−r(X)=‖(I−PX)y‖2n−r(X)=‖[I−1n×1(1n)1′]y‖2n−1=‖[d1⋮dn]−[d¯⋅⋮d¯⋅]‖2n−1=∑i=1n(di−d¯⋅)2n−1=sd2
X′X=1n×1′1n×1=n
который, очевидно, имеет обратное , что дает тестовую статистику которая будет проверена на центральном -распределении с степенью свобода по желанию.1/n
μ^1−μ^2sd2/n
tn−1
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.