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  1. ⌂课程首页
  2. 1何时需要结构模型
  3. 2模型的设定
  4. 3数学预备知识
  5. 4估计方法
  6. 5发展经济学中的应用
  7. 6实例:农机服务采纳模型
  8. 6Alogit 结构模型的推导与估计
  9. 6B结构方程模型
  10. 7自测与阅读建议
模块 4

估计方法:MLE、GMM、SMM 与间接推断

这四种方法有共同的结构:先规定用什么标准衡量模型与数据之间的差距,再寻找使差距最小的参数。它们的区别在于模型能够给出什么样的输出,以及用什么目标函数来度量差距。

4.1

估计的三个计算层次

结构估计包括三个计算步骤:给定参数求解模型、计算目标函数、搜索参数。在简单 logit 模型中,这三步由一条命令完成,不易区分;在复杂的结构模型中,它们通常分层进行:

给一组参数 θ候选参数值
解行为/均衡算选择概率、价值或市场份额
算目标函数似然、矩距离或辅助参数差
优化器换 θ重复直到目标不再改善
模型内层在解什么外层怎样估参数
静态 logit选择概率有解析解,无须单独求解MLE
BLP 随机系数需求模拟份额并收缩反演平均效用 δIV/GMM
动态离散选择 NFXP每组 θ 都解 Bellman 固定点MLE
不完全信息进入博弈解相互一致的进入概率固定点伪似然、约束优化或其他方法
两层收敛:内层模型可能没有解准,而外层优化器仍报告成功;也可能内层求解准确,外层停在局部最优。程序应分别记录两层的容差、迭代次数和多初值结果。
4.2

四种方法的比较

模型输出与相应的估计方法
模型能计算的对象方法比较的对象估计准则
每个真实选择发生的概率MLE整份数据的似然使观测数据出现的概率最大
理论正交条件 E[g(W,θ)]=0GMM样本矩离零多远使样本矩尽量接近零
给定参数能模拟数据,但难写似然/理论矩SMM模拟矩与数据矩使模拟矩尽量接近数据矩
复杂模型可模拟,且简单辅助模型能概括关键动态间接推断两份数据上的辅助模型参数使两组辅助参数尽量接近
这四种方法之间没有高低之分。它们适用于不同的模型输出;估计的效率和稳健性取决于所选的矩、辅助模型、模拟误差和权重矩阵。
4.3

最大似然估计(MLE)

抛硬币 10 次,按顺序记录到 7 次正面、3 次反面。若正面概率为 p,这个特定序列的似然核是:

L(p) = p⁷(1-p)³, log L(p) = 7 log p + 3 log(1-p)

若只记录“7 正 3 反”而不管顺序,还要乘以组合数 C(10,7)。组合数与 p 无关,因此最大值点仍为 p=0.7,只是似然函数的数值不同。

实验 1

似然函数随 p 的变化

0.45

二元 logit 模型的似然函数是每个农户实际选择的概率之积(计算时取对数后相加),原理与上例相同。选择概率由效用函数与随机项的分布假设推导得到。

4.4

广义矩估计(GMM)

若模型在真参数 θ₀ 下推出工具变量 z 与结构误差 u(θ₀) 正交:

E[zᵢuᵢ(θ₀)] = 0

样本矩:ḡ(θ) = (1/N) Σ zᵢuᵢ(θ)
目标函数:Q(θ) = ḡ(θ)′ W ḡ(θ)

这里的正交指乘积的期望为零;只有当其中一个变量均值为零时,它才等价于相关系数为零。GMM 选择参数,使样本矩在权重矩阵 W 度量下尽量接近零。

恰好识别

矩条件数等于参数个数

通常可以恰好解出参数,但个数相等并不保证参数被识别。

过度识别

矩条件数多于参数个数

一般无法使所有样本矩同时为零,需要权重矩阵。J 检验只检验全部矩条件是否联合成立,不能证明模型正确。

权重矩阵

W 的选择

有效 GMM 以矩条件协方差矩阵的逆作为权重矩阵;但在有限样本、弱识别或矩条件过多时,可能出现较大偏差。

与 IV 的关系

2SLS 是 GMM 的特例

线性 IV 的正交条件 E[z(y-xβ)]=0 可以放进 GMM 框架。

4.5

模拟矩估计(SMM)

当模型隐含的矩无法解析计算时,可以在给定 θ 下用模型模拟数据,分别从真实数据和模拟数据计算同一组矩,再最小化二者的距离:

m_data = 数据矩, m_sim(θ) = 模拟矩
Q(θ) = [m_data - m_sim(θ)]′ W [m_data - m_sim(θ)]

下例用 AR(1) 序列的标准差和一阶自相关系数估计 ρ 与 σ。两个参数都会影响这两个矩,识别依赖于参数到矩的整个映射,而不是每个矩各对应一个参数。

实验 2

用 SMM 估计 AR(1) 参数

0.55
0.42
共同随机数:在不同候选参数下使用同一组模拟冲击,可以避免目标函数因模拟噪声而不规则跳动。实际研究中还应检查模拟次数对估计结果的影响。
4.6

间接推断

间接推断用一个容易估计的辅助模型(如回归或 VAR)概括数据特征。分别用真实数据和模拟数据估计辅助模型,选择结构参数使两组辅助参数尽量接近。辅助模型不必是正确的模型,但其参数必须对结构参数敏感,并能概括数据的主要特征。

辅助参数具有经济含义并不足以保证识别。若不同的结构参数生成几乎相同的辅助参数,结构参数就无法识别。
4.7

估计方法的选择

  1. 给定参数,模型能否算出观测数据的概率?能则先考虑 MLE。
  2. 理论是否给出可信的正交条件或工具变量?有则考虑 GMM。
  3. 模型能否稳定、快速地模拟数据?能而似然难写时考虑 SMM。
  4. 所选的矩或辅助模型是否对参数有识别作用,而不仅仅是改善拟合?
  5. 如何计算标准误,并把参数的不确定性传递到反事实结果?解析方法、数值导数、bootstrap 或模拟方法都应与估计程序相匹配。
无论采用哪种方法,都应报告:参数初值和边界、目标函数、优化算法、收敛标准、多初值结果、标准误、拟合/未用矩、模拟次数与随机种子。

学习要求:能够根据模型可以计算的输出,说明应选择 MLE、GMM、SMM 还是间接推断。