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机器学习-计量经济学

article 2025/9/25 16:39:10

机器学习

不要事前决定变量关系，关键是谁也不知道啊，机器学习学习的模型（那也不是真实的关系啊）
这就是自然学科的好处：只要不断的优化这个未知的东西（函数），然后在数据上（场景）表现好就可以了，我也接受这种观念。
但是社科不一样了：要事前的决定形式（变量是线性关系，非线性关系，二次关系等等），然后根据数据估计参数，得到因果（说实话，我很质疑的）。
在回归分析中，存在系数是线性的假设（只能包括系数的一次项， $\beta1$ $\beta2$ , 不能是 $\beta^2$ $e^{\beta}$ ）。然后是模型的设定（假设变量间是线性关系 $y=\beta x$ , $y=\beta x^2$ ）.实际中一般就是指包括一次项，二次项。别的没啥意义解读了。
$E (Y ∣ X) = f (x)$ 条件期望，
那 $f (x)$ 是什么形式，一次性，多项，非线性，谁也不知道啊。但是回归分析中，要求系数是线性的，变量间的关系（一次，多项式，可以回归分析），如果是非线性就不是回归分析了。
那我就开始研究，机器学习因果推断，异质性，非线性关系，哈哈哈哈，机器学习好用啊，虽然本身没有任何意义，认为赋予一个价值解读，

回归模型的要求

在回归分析中，回归系数要求是线性的这一说法通常与回归模型的线性假设相关。这里的“线性”需从不同角度理解，具体含义和要求如下：

一、回归模型的线性假设：系数线性 vs. 变量线性

1. 系数线性（核心要求）

定义：回归模型对系数（参数）是线性的，即模型表达式中系数必须以一次项形式出现，不能包含系数的平方、乘积、对数等非线性变换。
数学表达式：
对于多元线性回归模型，形式为：
[
Y = \beta_0 + \beta_1 X_1 + \beta_2 X_2 + \dots + \beta_k X_k + \epsilon
]
其中，(\beta_0, \beta_1, \dots, \beta_k) 是待估计的系数，必须为线性项（无 (\beta^2)、(\beta_1\beta_2) 等形式）。
意义：
系数线性是线性回归模型的核心假设，只有满足这一点，才能用最小二乘法（OLS）等线性估计方法求解系数，保证估计量的无偏性和有效性。

2. 变量线性（非必须，可通过变换满足）

这里：主要是指因变量和自变量的关系是线性关系，自变量间的关系不管

定义：变量之间的关系可以是线性或非线性的，但非线性关系可通过变量变换转化为系数线性的模型。
- 例1：若 (Y) 与 (X) 存在二次关系 (Y = \beta_0 + \beta_1 X + \beta_2 X^2 + \epsilon)，可令 (X_2 = X^2)，转化为线性模型 (Y = \beta_0 + \beta_1 X + \beta_2 X_2 + \epsilon)。
- 例2：对数线性模型 (Y = \beta_0 + \beta_1 \ln X + \epsilon) 中，(\ln X) 是变量变换后的线性项，系数 (\beta_1) 仍为线性。
关键：
模型对变量可以是非线性的，但对系数必须是线性的。变量非线性可通过变换处理，而系数非线性会导致模型不再属于线性回归范畴（需用非线性回归方法）。

二、为何回归系数必须是线性的？

1. 线性估计方法的前提

最小二乘法（OLS）、极大似然估计等线性回归的核心方法，均基于系数线性假设推导而来。若系数非线性，这些方法不再适用，需用迭代法（如牛顿迭代法）求解，计算复杂度大幅增加。

2. 线性模型的可解释性

线性系数表示自变量对因变量的边际效应（如 (\beta_1) 表示 (X_1) 每增加1单位，(Y) 的平均变化量）。若系数非线性（如 (\beta_1^2)），边际效应难以直观解释。

3. 统计推断的基础

系数线性假设下，才能对系数进行 (t) 检验、(F) 检验，构建置信区间，以及满足高斯-马尔可夫定理（OLS估计量的最优线性无偏性）。

三、常见误区与注意事项

1. 误区：线性模型不能处理非线性关系

澄清：线性模型可通过变量变换（如对数、平方、交互项等）处理非线性关系，只要变换后的模型对系数是线性的即可。
- 例：交互项模型 (Y = \beta_0 + \beta_1 X_1 + \beta_2 X_2 + \beta_3 X_1 X_2 + \epsilon) 中，(X_1 X_2) 是变量的非线性组合，但系数 (\beta_3) 是线性的，因此仍属于线性模型。

2. 注意：系数非线性的模型

若模型中系数本身存在非线性（如 (Y = \beta_0 + e^{\beta_1 X} + \epsilon)），则属于非线性回归模型，需使用非线性估计方法（如非线性最小二乘法），且无法保证估计量的优良性质（如无偏性）。

四、总结

要点	说明
核心要求	回归模型必须对系数线性，即系数以一次项形式出现，不包含平方、乘积等非线性形式。
变量处理	变量间可存在非线性关系，通过变量变换（如对数、平方）转化为系数线性的模型。
方法适用性	系数线性时可用OLS等线性方法；系数非线性需用非线性回归，计算复杂且推断受限。
可解释性	线性系数直接表示边际效应，非线性系数难以直观解释。

结论：回归系数的线性性是线性回归模型的基石，它保证了模型的可估计性、可解释性和统计推断的可靠性。变量间的非线性关系可通过合理变换解决，但系数必须保持线性。

机器学习应用

SHap可解释模型

双重机器学习

Victor Chernozhukov, Denis Chetverikov, Mert Demirer, Esther Duflo, Christian Hansen, Whitney Newey, James Robins, Double/debiased machine learning for treatment and structural parameters, The Econometrics Journal, Volume 21, Issue 1, 1 February 2018, Pages C1–C68, https://doi.org/10.1111/ectj.12097