最小二乘法(Least Square)和最大似然估计

最小二乘法(Least Square)

线性最小二乘(OLS,online Least Square)

  最小二乘,其实就是最小方差。

  找到一个(组)估计值,使得实际值与估计值的距离最小。本来用两者差的绝对值汇总并使之最小是最理想的,但绝对值在数学上求最小值比较麻烦,因而替代做法是,找一个(组)估计值,使得实际值与估计值之差的平方加总之后的值最小,称为最小二乘。“二乘”的英文为least square,其实英文的字面意思是“平方最小”。这时,将这个差的平方的和式对参数求导数,并取一阶导数为零,就是OLSE。

  投影变量p (拟合值)是在u (解释变量)张成的子空间中,距离v(被解释变量)最“近”的那个向量。这个“近”(距离的概念),是需要用内积来定义。而我说的 x.y = Exy’ 这种定义内积的方法,正好能推导出来用“方差”来定义距离的方法。所以投影得到了,最小二乘也实现了。
  OLS 是把所有变量扔到线性空间中,求线性投影的系数:它并不需要什么信息。

最小均方误差和最小二乘的区别

  针对的问题不一样,一个针对的是真实值到测量值的线性变换未知的情况下,另一个是已知的情况下。
  同理,递推最小二乘法和卡尔曼滤波的区别,即一个针对静态系统的估计,一个针对动态系统的估计。


最大似然估计(MLE)

  现在已经拿到了很多个样本(你的数据集中所有因变量),这些样本值已经实现,最大似然估计就是去找到那个(组)参数估计值,使得前面已经实现的样本值发生概率最大。因为你手头上的样本已经实现了,其发生概率最大才符合逻辑。这时是求样本所有观测的联合概率最大化,是个连乘积,只要取对数,就变成了线性加总。此时通过对参数求导数,并令一阶导数为零,就可以通过解方程(组),得到最大似然估计值。

  也可以认为MLE是一种特殊情况下的Bayesian 估计,具体来说,就是在prior 是 diffuse (无知的)情况下,让posterior 分布取得极大值的系数值。最大似然估计,就是利用已知的样本结果,反推最有可能(最大概率)导致这样结果的参数值。
  MLE 是需要我们知道一个完整的理论模型 (否则P(observation|model) 根本就不知道是什么)。


OLS(最小二乘)和MLE(最大似然)不同:

  由于一般大家接触的都是线性模型,所以二者区别不大。当模型无法变成线性状态时(比如censored data, logit/probit 之类的),此时OLS此时报告的仍然是线性投影,我们却没有用到这些“非线性”的信息,因此MLE的选项就好很多。
  不论任何时候,OLS报告的都是线性投影(准确的说,是对线性投影的“估计”值),都是 ““best linear predictor””。故当你加上了一些假设,(比如 在 y = x b + u 这样的理论模型中,你假设了 E(xu) = 0 这样的经典计量经济学假设),此时OLS报告的还是线性投影,只不过,这个线性投影正好等于模型中的"“b”"。

  如果在模型 y = x b + u 中,E(xu) != 0,不满足经典计量假设。那么此时你用上了OLS,得到的是y = x a + e 这样的模型,你是知道了a,而且很容易知道E(xe) = E(x(y-x a)) = x. (y-x a) = 0 (线性投影的垂直条件)。但是这个a 却不是你一开始设定模型时想要知道的b。

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