stata 空间杜宾模型_Stata空间计量:STAR时空自回归模型

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? 2021 Stata 寒假班
⌚ 2021 年 1.25-2.4

? 主讲:连玉君 (中山大学);江艇 (中国人民大学)

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作者: 袁子晴 (香港大学)邮箱: yzq0612@foxmail.com


目录[

  • 1. 问题背景

  • 2. 时空自回归模型

    • 2.1 STAR 模型设定

    • 2.2 时空权重矩阵

  • 3. Stata 实例

    • 3.1 数据预处理

    • 3.2 生成时空权重矩阵

    • 3.3 STAR模型估计

  • 4. 参考文献

  • 5. 相关推文


1. 问题背景

地理学第一定律 (Tobler's first law of geography) 认为 “所有事物都与其他事物相关,并且近处的事物比远处的事物更相关”。空间计量模型通过引入空间权重矩阵来研究单元之间的关联方式和关联程度,以此反映地理学第一定律。

但是大量的经验事实和实证研究表明时间维度也是一个很重要的因素。我们可以随着时间的推移在不同时点上收集空间横截面数据,从而得到两种类型的时空数据:空间面板数据和混合空间截面数据。

空间面板数据是在一段时间内对空间单元 (Spatial Units) 进行追踪调查所得到的,即在不同的时间点上观测到的空间单元都是一样的,这意味着空间单元必须可以被重复观测。例如,在研究环境污染的影响因素时,我们可以收集每个国家在每年的 排放量,进而得到平衡的时空面板。

但是,有些情况下一个具体的空间单位在一段时间内仅能被观察一次,比如房屋交易、事故、犯罪、公司的成立/关闭等。这种情况下不同的时点上观测到的空间单元是不同的,从而得到混合空间截面数据。

空间自相关的特殊性在于其多向作用 (Multidirectional Effect),某一空间单元受到周围其它空间单元的影响,同时它也对周围其它空间单元产生影响,下图中的红色双向箭头描述了「空间维度的多向效应」。时间的自相关是单向性的,昨天的观测值可以影响到今天的观测值,但反之则不可,也就是时间惯性在方向上的单一性,下图中灰色单向箭头描述了「时间维度的单向效应」。

如果研究的数据集是混合截面数据,或者是由于缺失值导致的非平衡空间面板数据,这种情况下可以把上述数据集看做成一个混合的大截面,此时时空权重矩阵的维度不再是空间单元的个数,而是观测值的数目。

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2. 时空自回归模型

2.1 STAR 模型设定

因此,在运用混合空间截面数据研究时空自回归模型 ( Spatio-Temporal Autoregressive Regression, STAR ) 时,既要考虑到空间维度的多向效应,也要兼顾时间维度的单向效应。

其中,空间滞后项为:

时间滞后项为:

矩阵形式可以写成:

其中, 是衡量当期不同观测值之间关系的空间权重矩阵(空间维度的多向效应), 是衡量 时期与 时期观测值之间关系的时空权重矩阵 (时间维度的单向效应),这两个矩阵的维度均为 。系数   和 分别衡量同期的空间依赖程度——空间溢出效应 (Spatial Spillover Effect) 和与滞后一期的空间依赖程度——动态空间效应 (Dynamic Spatial Effect)。需要注意的是,时间滞后项不包含自身的滞后 ,这是由混合空间截面数据的特点决定的。

2.2 时空权重矩阵

一般地,将空间权重 和时间权重 相结合可以得到时空权重。

  • 第一种情况:假设所有的观测值都是同时发生,即时间权重 均为 1时,时空权重矩阵退化为空间权重矩阵 ;
  • 第二种情况:假设空间自相关只存在于同一时期内,不考虑跨期的空间自相关,此时的时空权重矩阵除了对角线外元素均为 0。其中 是描述在时点 上观测值 和 之间的空间关联的空间权重矩阵;
  • 第三种情况:只考虑到过去和现在的观测之间的时间惯性关系,此时的时空权重矩阵是下三角矩阵。其中,矩阵  是刻画观测值  在时点  与观测值  在之前的时点 之间的空间权重矩阵;
  • 第四种情况:与第三种情况相反,考虑到预期 (anticipation) 效应ÿ
<think>好的,我现在需要帮助用户了解如何在Stata中实现空间自回归模型的分析。根据用户提供的引用资料,特别是引用[2]和[4],我需要整理出一个清晰的步骤指南。首先,用户可能需要安装必要的Stata命令,比如spreg,所以第一步应该是安装这些包。然后,数据导入是基础步骤,用户需要正确加载他们的数据文件,这里可能需要提醒他们替换文件路径。 接下来,构建空间权重矩阵是关键的一步。根据引用[4],用户可以选择不同的方法,比如邻近性、距离衰减或经济指标。这里需要提到spmatrix create命令,并举例说明如何生成不同类型的权重矩阵,比如二进制或反距离矩阵。同时,引用[2]中的示例使用了经纬度来生成权重矩阵,这也需要详细说明。 然后,模型估计部分需要解释spregress命令的使用,指定因变量、自变量、权重矩阵和模型类型(如sar)。用户可能需要了解各个参数的含义,所以需要简要说明。此外,引用[2]提到了增加控制变量和检验稳健性,这部分可以作为扩展步骤,帮助用户完善模型模型诊断部分也很重要,用户需要检查残差的空间自相关性和异方差性,引用[2]中的spatdiag和hettest命令需要被包含进来。同时,稳健性检验部分建议使用不同的权重矩阵或添加控制变量,确保结果可靠。 最后,注意事项部分需要提醒用户空间权重矩阵的选择对结果的影响,以及模型比较和诊断的重要性,这可能涉及到引用[4]中提到的不同空间滞后定义方式。另外,时空模型的扩展可以参考引用[3],但用户当前的问题可能集中在空间自回归,所以暂时作为扩展内容提及即可。 在生成相关问题时,需要围绕用户可能的后续疑问,比如权重矩阵的选择、模型比较、结果解读和时空扩展等。这些问题可以帮助用户深入理解并应用模型。整个回答需要结构清晰,逐步引导用户完成分析流程,同时引用相关文献支持步骤的正确性。</think>以下是在Stata中实现空间自回归模型(SAR)的详细操作指南,结合引用文献和实际应用场景: ### 一、Stata实现空间自回归模型步骤 1. **安装必要命令** ```stata ssc install spreg // 空间计量分析核心命令 ssc install spmatrix // 空间权重矩阵生成工具 ``` 2. **数据预处理** ```stata import delimited "city_economic_data.csv", clear // 导入包含经纬度/经济指标的面板数据[^2] xtset city_id year // 声明面板数据结构 ``` 3. **构建空间权重矩阵** - *邻近性矩阵(二进制)* ```stata spmatrix create contiguity W1, firstorder // 基于地理邻接关系[^4] ``` - *反距离矩阵* ```stata spmatrix create idistance W2 using coordinates, d(100) // 100公里为阈值[^4] ``` - *经济权重矩阵* ```stata generate trade_weight = abs(export_i - export_j)/gdp_total spmatrix user W3 = trade_weight, normalize(row) // 自定义经济关联度[^4] ``` 4. **模型估计** ```stata spregress gdp investment unemployment, wmat(W1) model(sar) // 基础SAR模型 est store sar_base spregress gdp investment i.year, wmat(W2) model(sar) // 加入时间固定效应[^3] est store sar_time spregress gdp c.investment##c.tech_index, wmat(W3) model(sar) // 交互项分析 ``` 5. **模型诊断** ```stata spatdiag, wmat(W1) // 残差空间自相关检验[^2] hettest // 异方差检验 vif // 多重共线性诊断 ``` 6. **结果对比与稳健性检验** ```stata estimates table sar_base sar_time, star stats(N r2 aic) // 模型比较[^2] spmatrix create idistance W_alt, d(200) // 改变阈值参数 spregress gdp investment, wmat(W_alt) model(sar) // 敏感性测试 ``` ### 二、关键参数说明 1. **空间滞后类型** - `model(sar)`:标准空间自回归模型 - `model(sem)`:空间误差模型 - `model(sdm)`:空间杜宾模型 2. **矩阵标准化方法** - `normalize(row)` 行标准化(默认) - `normalize(minmax)` 极差标准化 ```stata spmatrix create idistance W_norm, normalize(minmax) ``` ### 三、注意事项 1. 空间权重矩阵的选择会显著影响估计结果,需进行经济地理学理论论证 2. 建议同时报告OLS、SAR、SEM模型结果进行比较分析[^3] 3. 时空联合模型需使用`xtspreg`命令处理面板维度[^3] ```stata xtspreg y x1 x2, wx(x1) wmat(W1) model(sar) ```
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