1 Pronósticos, Series de Tiempo y Regresión Capítulo 3: Regresión Lineal Simple.

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1 1 Pronósticos, Series de Tiempo y Regresión Capítulo 3: Regresión Lineal Simple

2 2 Temas  Modelo de Regresión Lineal Simple  Estimaciones puntuales de los mínimos cuadrados  Estimaciones puntuales y predicciones puntuales  Suposiciones del modelo y el error estándar  Prueba de la significancia de la pendiente y la ordenada al origen  Intervalos de confianza y de predicción  Coeficientes de determinación y correlación simples  Una prueba F para el modelo

3 3 Modelo de Regresión Lineal Simple  Supuesto básico: la relación entre la variable dependiente (y) y la variable independiente (x) es aproximadamente una linea recta.

4 4 Modelo de Regresión Lineal Simple Diagrama de dispersión

5 5 Modelo de Regresión Lineal Simple Diagrama de dispersión observamos: - tendencia negativa - puntos dispersados alrededor de la línea

6 6 Modelo de Regresión Lineal Simple y = μ y|x +  = β 0 + β 1 x +   Donde μ y|x = β 0 + β 1 x es el valor medio de la variable dependiente y cuando el valor de la variable independiente es x. β 0 = ordenada al origen (valor medio de y cuando x = 0) β 1 = pendiente (  valor medio de y cuando  x una unidad)  es un término de error: describe los efectos de todos los factores no incluidos en el modelo

7 7 Modelo de Regresión Lineal Simple  Si β 0 = 15.77 y β 1 = -0.1281, entonces cuando la temperatura x = 28, el valor medio de consumo de combustible que observamos es μ y|x = β 0 + β 1 x = 15.77 – 0.1281(28) = 12.1832 MMcf de gas natural.

8 8 Modelo de Regresión Lineal Simple  Si β 0 = 15.77 y β 1 = -0.1281, entonces cuando la temperatura x = 29, el valor medio de consumo de combustible que observamos es μ y|x = β 0 + β 1 x = 15.77 – 0.1281(29) = 12.0551 MMcf de gas natural. La diferencia = 12.0551 - 12.1832 = -0.1281

9 9 Modelo de Regresión Lineal Simple  β 0 y β 1 se llaman parámetros de regresión.  Ya que no conocemos los valores reales de β 0 y β 1, debemos estimarlos con los datos de la muestra.  (Nota: la interpretación de β 0 a veces no es aplicable.)  Importante: observamos que estas variables se mueven juntas, mas no podemos deducir una relación causa- efecto.

10 10 Estimaciones puntuales de los mínimos cuadrados  estimación puntual de los mínimos cuadrados de la pendiente β 1

11 11 Estimaciones puntuales y predicciones puntuales  Estimación puntual del valor medio de la variable dependiente cuando el valor de la variable independiente es x 0  se predice  = 0

12 12 Estimaciones puntuales y predicciones puntuales  Se puede demostrar que estas estimaciones puntuales dan un valor de la suma de los residuos cuadráticos (SSE) que es menor que la que se obtiene con cualesquiera otros valores de b 0 y b 1. Se les llaman estimaciones puntuales de los mínimos cuadrados.  la recta se llama recta de regresión de mínimos cuadrados  la ecuación se llama ecuación de prediccción de mínimos cuadrados.

13 13 Suposiciones del modelo y el error estándar  Suposiciones 1. A cualquier valor dado de x, la media de la población de los valores potenciales del término error es igual a cero. 2. Suposición de la varianza constante. A cualquier valor dado de x,  tiene una varianza que no depende del valor de x. 3. Suposición de la normalidad. A cualquier valor dado de x,  tiene una distribución normal. 4. Suposición de la independencia. Cualquier valor del término error  es estadísticamente independiente de cualquier otro valor de .

14 14 Suposiciones del modelo y el error estándar  En otras palabras, dado un valor de x, la población de valores potenciales del término de error tiene una distribución normal, con valor medio 0 y varianza σ 2 que no depende de x. La población de valores potenciales de y|x tiene distribución normal con valor medio de β 0 + β 1 x y varianza σ 2 que no depende de x. Es más probable que la suposición de independencia se viole cuando se utilizan series temporales en un estudio de regresión.

15 15 Suposiciones del modelo y el error estándar  Error cuadrático medio = estimación puntual de σ 2  error estándar = estimación puntual de σ var y|x

16 16 Prueba de la significancia de la pendiente y la ordenada al origen  Hipótesis nula: β 1 = 0  nivel de significancia α (0.10, 0.05, 0.01)  los valores p se basan en n-2 grados de libertad  Se rechaza la hipótesis nula si se cumple la condición de punto de rechazo de alguna de las hipótesis alternativas, o si p < α

17 17 Prueba de la significancia de la pendiente y la ordenada al origen  Si se cumplen los supuestos de la regresión, entonces la población de todos los valores posibles de b 1 es normalmente distribuida con valor medio β 1 y desviación estándar  cuya estimación puntual es

18 18 Prueba de la significancia de la pendiente y la ordenada al origen  y la población de todos los valores posibles de la estadística de prueba t  tiene una distribución t con n – 2 grados de libertad.

19 19 Prueba de la significancia de la pendiente y la ordenada al origen Hipótesis alternativa Condición de punto de rechazo Valor p H a : β 1 ≠ 0 2  (área bajo la curva t a la derecha de |t|) H a : β 1 > 0área bajo la curva t a la derecha de t H a : β 1 < 0área bajo la curva t a la izquierda de t

20 20 Intervalos de confianza y de predicción  Si se cumplen las suposiciones de la regresión, un intervalo de confianza de 100(1-α)% para la pendiente verdadera β 1 es

21 21 Intervalos de confianza y de predicción  Si se cumplen las suposiciones de la regresión, un valor de distancia (v.d.) para un valor particular x 0 de x (para la regresión lineal simple) es

22 22 Intervalos de confianza y de predicción  Si se cumplen las suposiciones de la regresión, un intervalo de confianza de 100(1-α)% para el valor medio de y cuando la variable independiente es x 0 es

23 23 Intervalos de confianza y de predicción  La población de todos los errores posibles de predicción está normalmente distribuida con media cero y desviación estándar σ√1 + valor de distancia  La estimación puntual es s√1 + valor de distancia Se llama error estándar del error de predicción

24 24 Intervalos de confianza y de predicción  Si se cumplen las suposiciones de la regresión, un intervalo de predicción 100(1-α)% para un valor individual de y cuando la variable independiente es x 0 es

25 25 Intervalos de confianza y de predicción  Nótese que el intervalo de predicción es mayor que el intervalo de confianza: mayor incertidumbre acerca del término de error.  Entre más alejado del valor medio es x i, mayores son los intervalos de confianza y de predicción.

26 26 Coeficientes de determinación y correlación simples  En el caso del modelo de regresión lineal simple, 1. Variación total = Σ(y i -y) 2 2. Variación explicada = Σ(y i -y) 2 3. Variación inexplicada = Σ(y i -y i ) 2 4. Variación total = Variación explicada + Variación inexplicada 5. El coeficiente de determinación simple es r 2 = (variación explicada)/(variación total) 6. El r 2 es la proporción de la variación total en los n valores observados de la variable dependiente que explica el modelo de regresión lineal simple

27 27 Coeficientes de determinación y correlación simples Coeficiente de correlación simple (r) entre y y x  si b 1 > 0  si b 1 < 0  donde b 1 es la pendiente de la recta de mínimos cuadrados que relaciona y con x. Este coeficiente de correlación mide la fuerza de la relación lineal entre y y x.

28 28 Coeficientes de determinación y correlación simples  También se puede calcular mediante la fórmula

29 29 Coeficientes de determinación y correlación simples  La correlación de la población de todas las combinaciones posibles de valores observados de x e y se denomina ρ  Para probar la hipótesis nula H 0 : ρ = 0, utilizamos la estadística de prueba

30 30 Una prueba F para el modelo  estadística F global F(modelo) = Variación inexplicada (Variación explicada)/(n-2)  Podemos rechazar H 0 :β 1 =0 y aceptar H a : β 1 ≠0 en el nivel de significancia α si se cumple alguna de:  F(modelo)>F [α]  Valor p < α  En el punto F [α] se basa en 1 grado de libertad para el numerador y n-2 grados de libertad para el denominador.