間違いしかありません.コメントにてご指摘いただければ幸いです(気が付いた点を特に断りなく頻繁に書き直していますのでご注意ください).

単回帰モデルの最尤推定

単回帰モデルの最尤推定

単回帰モデル

yi=α+βxi+ϵi(i=1,,n)ϵiiidN(0,σ2)(independentandidenticallydistributed;IID,i.i.d.,iid)

対数尤度凾数

対数尤度凾数は以下のようになる. f(y1,,yn;α,β,σ2)=i=1n12πσ2e12σ2(yiαβxi)2=(2π)n2(σ2)n2e12σ2i=1n(yiαβxi)2l(α,β,σ2;y1,,yn)=log{(2π)n2(σ2)n2e12σ2i=1n(yiαβxi)2}=log{(2π)n2}+log{(σ2)n2}+log{e12σ2i=1n(yiαβxi)2}=n2log(2π)n2log(σ2)12σ2i=1n(yiαβxi)2

スコア凾数

スコア凾数は以下のようになる. lα=lα{12σ2i=1n(yiαβxi)2}=12σ2i=1nlα(yiαβxi)2=12σ2i=1n(yiαβxi)(1)=12σ2i=1n(yiαβxi)=12σ2(i=1nyiαi=1n1βi=1nxi)=12σ2(ny¯nαnβx¯)x¯=1ni=1nxi,y¯=1ni=1nyi=n2σ2(y¯αβx¯) lβ=lβ{12σ2i=1n(yiαβxi)2}=12σ2i=1nlβ(yiαβxi)2=12σ2i=1n2(yiαβxi)(xi)=22σ2i=1n(xiyixiαβxi2)=1σ2(i=1nxiyii=1nxiαi=1nβxi2)=1σ2(i=1nxiyinx¯αβi=1nxi2)x¯=1ni=1nxi lσ2=lσ2{n2log(σ2)12σ2i=1n(yiαβxi)2}=n2lσ2log(σ2)12{i=1n(yiαβxi)2}lσ21σ2=n2lσ2log(σ2)12{i=1n(yiαβxi)2}lu1uu=σ2=n2lσ2log(σ2)12{i=1n(yiαβxi)2}(1u2)=n21σ212{i=1n(yiαβxi)2}(1σ4)u=σ2=12σ2{n1σ2i=1n(yiαβxi)2}

スコア凾数を連立させる

{0=lα0=lβ0=lσ2 {0=n2σ2(y¯αβx¯)0=1σ2(i=1nxiyinx¯αβi=1nxi2)0=12σ2{n1σ2i=1n(yiαβxi)2} α,β,σ2の推定量をα^,β^,σ^2とし,α^,β^,σ^2の最尤推定量(maximum likelihood estimator)をα^ML,β^ML,σ^ML2とする. {0=y¯α^MLβ^MLx¯0=i=1nxiyinx¯α^MLβ^MLi=1nxi20=n1σML2i=1n(yiα^MLβ^MLxi)2

α^MLを求める

0=y¯α^MLβ^MLx¯α^ML=y¯β^MLx¯

β^MLを求める

0=i=1nxiyinx¯α^MLβ^MLi=1nxi2=i=1nxiyinx¯(y¯β^MLx¯)β^MLi=1nxi2α^ML=y¯β^MLx¯=i=1nxiyinx¯y¯+nβ^MLx¯2β^MLi=1nxi2=i=1nxiyinx¯y¯β^ML{(i=1nxi2)nx¯2}=i=1n(xix¯)(yiy¯)β^MLi=1n(xix¯)2=Sxyβ^MLSxxSxy=i=1n(xix¯)(yiy¯),Sxx=i=1n(xix¯)2β^ML=SxySxx=β^α^ML=y¯β^MLx¯=y¯β^x¯=α^

σ^ML2を求める

0=n1σML2i=1n(yiα^MLβ^MLxi)2n=1σML2i=1n(yiα^MLβ^MLxi)2nσML2=i=1n(yiα^MLβ^MLxi)2σ^ML2=1ni=1n(yiα^MLβ^MLxi)2=1ni=1n(yiα^β^xi)2=1ni=1n(yiy^i)2y^i=α^+β^xi=1ni=1nei2=1n(n2)s2i=1nei2=(n2)s2,s2=1n2i=1nei2=n2ns2

α^ML,β^ML,σ^ML2

以上より最尤推定量α^ML,β^ML,σ^ML2は以下のようになる. β^ML=SxySxx=β^α^ML=y¯β^MLx¯=y¯β^x¯=α^σ^ML2=n2ns2

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