← Карта тем · PDF Vo1

§1 Линейная модель и OLS

По слайдам Vo1 (Preinerstorfer, Spring 2026). Базовый объект курса — линейная регрессия и метод наименьших квадратов. Здесь вводятся обозначения, на которых держится весь курс.

1.1 Модель

Связь отклика $Y$ с предикторами $X_1,\dots,X_K$ описывается линейно. Это Assumption AL (linearity) — линейность по параметрам, а не по переменным (можно включать $X^2$, $\log X$).

Assumption AL — линейная модель (12)
$$Y = \beta_0 + \beta_1 X_1 + \dots + \beta_K X_K + \varepsilon$$

$\beta_0$ — интерсепт, $\beta_k$ — частный эффект $X_k$ при прочих равных. $\varepsilon$ — ненаблюдаемая ошибка (всё, что не объяснили предикторы). Для $N$ наблюдений — в матричной форме $Y = X\beta + \varepsilon$, где $X$ имеет столбец единиц и размер $N\times(K{+}1)$.

1.2 OLS-оценка

OLS минимизирует сумму квадратов остатков $S(\beta)=\sum_i (Y_i - X_i\beta)^2 = (Y-X\beta)'(Y-X\beta)$. Дифференцируем, приравниваем к нулю — получаем нормальное уравнение $X'X\hat\beta = X'Y$.

OLS-оценка, предсказания, остатки
$$\hat\beta = (X'X)^{-1}X'Y, \qquad \hat Y = X\hat\beta, \qquad \hat\varepsilon = Y - \hat Y$$

Обращение $(X'X)^{-1}$ существует только если $X$ полного ранга — это Assumption AR (см. §2). Нормальное уравнение даёт ключевое тождество $X'\hat\varepsilon = 0$: остатки ортогональны каждому предиктору и (из-за столбца единиц) суммируются в ноль.

1.3 Разложение суммы квадратов и $R^2$

TSS = ESS + RSS
$$\underbrace{\sum(Y_i-\bar Y)^2}_{TSS} = \underbrace{\sum(\hat Y_i-\bar Y)^2}_{ESS} + \underbrace{\sum\hat\varepsilon_i^2}_{RSS}, \qquad R^2 = \frac{ESS}{TSS} = 1-\frac{RSS}{TSS}$$

$R^2$ — доля дисперсии $Y$, объяснённая моделью; лежит в $[0,1]$ (при наличии интерсепта). Разложение работает именно благодаря $X'\hat\varepsilon=0$. Важно: $R^2$ не убывает при добавлении любого регрессора — поэтому для сравнения моделей нужен скорректированный $R^2$ или AIC/SC (§4).

Скорректированный $R^2$
$$\bar R^2 = 1 - \frac{RSS/(N-K-1)}{TSS/(N-1)}$$

Штрафует за число регрессоров $K$. Может уменьшиться при добавлении бесполезной переменной — в отличие от обычного $R^2$. В выводе R это строка «Adjusted R-squared».

На экзамене. «Что значит $R^2=0{,}945$?» → модель объясняет 94,5% вариации (лог-)цены. Не путать с качеством прогноза вне выборки. «Почему остатки в среднем ноль?» → из-за столбца единиц в $X$ и нормального уравнения $X'\hat\varepsilon=0$, а не из-за предположения.