基于双变量扭曲偏椭圆潜变量的样本选择回归:观测数据似然与数值推断

《Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation》:Sample-selection regression with bivariate warped skew–elliptical latent variables: Observed-data likelihood and numerical inference

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月02日 来源:Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 3.8

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   摘要结果可能仅能被观测到选中的单元,而潜在因子同时影响选择和结果。我们通过将二元偏斜 - 椭圆分布分配给中心化潜坐标的分位奇次幂变换,开发了一种样本选择回归框架。这种构造区分了边缘扭曲、方向性不对称、依赖性和径向尾部行为,并嵌套了高斯赫克曼设定。我们推导了选定结果密度和观测数

  

摘要

结果可能仅能被观测到选中的单元,而潜在因子同时影响选择和结果。我们通过将二元偏斜 - 椭圆分布分配给中心化潜坐标的分位奇次幂变换,开发了一种样本选择回归框架。这种构造区分了边缘扭曲、方向性不对称、依赖性和径向尾部行为,并嵌套了高斯赫克曼设定。我们推导了选定结果密度和观测数据似然,后者结合了记录的结果与所有选择指标。由此产生的层次结构支持嵌套比较,我们开发了用于结果扭曲的边界感知似然比推断。在对称学生 t 设计中,相对于固定自由度的拟合,在预指定有限网格上轮廓化尾部厚度仅轻微改变剩余参数的恢复。在偏斜设计中,正确设定的拟合通常能恢复偏斜坐标的符号,尽管它们的幅度估计不够精确;在评估的全模型中,结果扭曲比选择侧扭曲恢复得更准确。在有限网格对称比较器下,省略的方向性偏斜的影响,以及在全设计中,选择侧扭曲的影响共同反映在几个拟合坐标中。这表明在所检查的设定中,尾部行为、不对称性和扭曲具有重叠效应,但不是可互换的。在 Mroz 劳动力供给数据中,学生 t 观测数据设定明显优于高斯基准,尽管尾部厚度并未尖锐局部化。实现的有限网格自助法未在百分之五水平上拒绝恒等结果扭曲。该框架扩展了基于似然的样本选择建模,并阐明了这种灵活性的推断和计算需求。

引言

椭圆轮廓分布为多元建模提供了有用的基础,因为它们分离了位置、尺度 - 相关结构和径向尾部行为 [1], [2]。它们的生成器控制径向衰减,从而控制多元极值行为的重要方面 [3]。
然而,对称性排除了方向性不对称,并限制了特定坐标的边缘形状。偏斜 - 椭圆分布通过形状参数引入方向性不对称 [4], [5], [6], [7], [8], [9],而单调变换提供了变形边缘几何的互补方法。这种变换原理构成了幂变换、对数 - 椭圆、对数 - 偏斜 - 椭圆和 Birnbaum–Saunders 模型的基础 [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18]。最近在有界支撑上和用于多模态极值的二元模型提供了超出对称椭圆几何的分布灵活性的进一步示例 [19], [20]。
这种灵活性在非随机观测下尤为相关。在经典赫克曼模型中,仅当潜在选择指数超过阈值时才观测到结果 [21], [22]。因此,推断依赖于潜在结果和选择坐标的联合分布,而不仅仅是观测结果的边缘分布。现有扩展包括选择学生 -t、偏斜正态、对称椭圆、扩展偏斜 - 椭圆和 Birnbaum–Saunders 模型 [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29]。其他发展允许协变量依赖的选择效应和离散 [30],区分选择模型与两部分模型 [31],研究半参数识别和估计 [32], [33], [34],并考虑面板数据设定 [35], [36]。Vella [37] 提供了样本选择方法的一般概述。
我们引入了一种样本选择回归模型,该模型在二元潜系统内结合了径向尾部行为、方向性偏斜、依赖性和分位边缘变形。潜在结果和选择坐标遵循扭曲偏斜 - 椭圆分布,记为 WSE2。协变量确定两个坐标的位置,而单调奇次幂变换变形每个中心化坐标,不需要正性,并保留其符号和坐标内排序。该构造扩展了 Vila 等人 [38] 针对完全观测二元数据研究的扭曲偏斜 - 椭圆族。样本选择改变了推断问题,因为选择坐标仅通过其符号被观测,结果坐标仅对选中单元记录。我们推导了选定结果密度和一个结合来自选中单元的结果信息与来自全样本的选择信息的观测数据似然。
由此产生的表示通过生成器选择和参数限制组织了几种设定。高斯赫克曼模型由高斯生成器、对称核心和恒等扭曲获得。学生 -t 生成器引入径向重尾,而非零偏斜和扭曲参数引入方向性不对称和边缘变形。高斯似然贡献有闭式表示,涉及正态、偏斜正态和扩展偏斜正态函数。对称学生 -t 贡献使用标准单变量学生 -t 密度和分布函数。具有偏斜学生 -t 核心,每个选定贡献需要一个单一的一维积分,而每个非选择概率需要嵌套一维求积。
因为潜在选择坐标仅通过其符号被观测,其变换核心尺度被归一化。这种归一化移除了相应的正尺度等价,而剩余参数的推断在拟合子模型的局部识别下进行。结果扭曲参数也引入了非标准推断。恒等扭曲位于其非负参数空间的边界上,因此额外的结果扭曲使用边界校准似然比程序进行评估 [39], [40]。对于每一个 δ1?>?0,受影响的结果回归得分分量在结果回归表面处是奇异的;当 0?δ1?≤?1 时,相应的局部费雪信息贡献发散。在这个范围内,涉及受影响结果系数的逆海森矩阵区间被解释为局部曲率摘要,而不是基于正则信息的置信区间。
数值分析分阶段检查模型的组件。对称学生 -t 设计比较生成自由度下的拟合与有限网格轮廓拟合,而高斯核心设计检查网格轻尾端附近的轮廓行为。偏斜设计评估方向性偏斜和结果侧扭曲的恢复,全 WSE2 设计也估计选择侧扭曲。对称学生 -t 比较器检查当省略方向性偏斜时拟合参数如何调整。分析还应用边界感知似然程序并报告数值可靠性和计算成本。
Mroz 劳动力供给应用比较了高斯和学生 -t 观测数据似然,在具有结果侧扭曲的对称变换核心下 [41]。主要学生 -t 拟合在预指定有限网格上轮廓化尾部厚度,而固定值提供敏感性分析。因此,该应用检查了变换核心尾部行为、依赖性和结果变形的经验作用。
本文的其余部分组织如下。第 2 节定义了扭曲偏斜 - 椭圆潜分布及其参数化。在第 3 节中,我们推导了选定结果密度、观测数据似然,以及高斯和学生 -t 特例。在第 4 节中,介绍了数值实验和 Mroz 应用。第 5 节总结。附录提供了支持推导、实施细节、数值审计以及额外的模拟、应用和计算结果。

章节片段

潜在扭曲偏斜椭圆设定

本节定义了样本选择模型中使用的二元潜分布。它首先指定一个偏斜 - 椭圆核心,然后应用分位奇次幂扭曲,并推导似然中使用的标准化表示。

条件律与观测数据似然

本节从 (8) 和 (9) 中的恒等尺度表示推导选定结果密度和观测数据似然。然后给出高斯和学生 -t 似然分量,并开发用于结果扭曲的边界校准推断。

数值研究与实证说明

本节从三个互补的角度评估 (15) 中的观测数据似然:小样本性能、实证应用和计算工作量。第 4.1 节和 4.2 节说明了整个过程中使用的轮廓化和解释约定。第 4.3 节和 4.4 节分别报告了对称和偏斜蒙特卡洛研究。第 4.5 节将对称结果扭曲子族应用于 Mroz 数据,第 4.6 节比较了拟合的计算工作量

结论

本文开发了一种基于似然的样本选择模型,该模型在二元潜系统内结合了径向尾部行为、方向性不对称、依赖性和坐标特定边缘扭曲。
我们推导了选定结果密度和观测数据似然,结合了来自选中单元的结果与来自全样本的选择指标。因为高斯赫克曼模型是嵌套的,由此产生的层次结构允许在更简单和更丰富的

资助

C. Castro 感谢通过 FCT, 科学与技术研究基金会,I.P. (https://ror.org/00snfqn58) 获得的葡萄牙国家资金支持,项目 UID/00013/2025 (https://doi.org/10.54499/UID/00013/2025)。本研究未收到额外的项目特定资助。

CRediT 作者贡献声明

Roberto Vila: 写作 – 初稿,可视化,验证,方法论,调查,形式分析,数据管理,概念化。Cecilia Castro: 写作 – 审查和编辑,写作 – 初稿,可视化,验证,软件,方法论,调查,形式分析。Felipe Quintino: 写作 – 审查和编辑,可视化,验证,软件,方法论,调查,形式分析。Cira E.G. Otiniano: 写作 – 初稿,可视化,验证,

竞争利益声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系,这可能会影响本文报告的工作。
Roberto Vila|Cecilia Castro|Felipe Quintino|Cira E.G. Otiniano|Víctor Leiva
巴西利亚大学统计系,巴西利亚,巴西
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