Estimando os parâmetros de uma regressão simples com o R

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A turma de setembro do nosso Curso de Introdução à Econometria usando o R terá uma grande novidade. A apostila e as listas de exercício foram revisadas e atualizadas com exercícios do livro clássico de Jeffrey Marc Wooldridge. Todos feitos no R, de modo a mostrar para o aluno como a teoria pode ser complementada com a prática. Com isso, trazemos ainda mais aplicações para o curso, o que garante total absorção do conteúdo. Para ilustrar, vamos considerar nesse post o modelo de regressão simples. Primeiro, um pouco de teoria e depois um exemplo do Wooldridge feito no R.

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Estamos interessados em estimar os parâmetros populacionais \beta_0 e \beta_1 de um modelo de regressão simples

(1)   \begin{align*} y = \beta_0 + \beta_1 x + u  \end{align*}

a partir de uma amostra aleatória de y e x. De acordo com Wooldridge, os estimadores de Mínimos Quadrados Ordinários (MQO) serão

(2)   \begin{align*} \hat{\beta}_0 &= \hat{y} - \hat{\beta_1} \bar{x} \\ \hat{\beta_1} &= \frac{Cov(x,y)}{Var{x}}. \end{align*}

Baseado nos parâmetros estimados, a reta de regressão será

(3)   \begin{align*} \hat{y} = \hat{\beta}_0 + \hat{\beta}_1 x. \end{align*}

Para uma dada amostra, nós precisaremos calcular as quatro estatísticas \bar{y}, \bar{x}, Cov(x,y) e Var(x) e colocá-las nessas equações. Para ilustrar, vamos considerar o exemplo 2.3 do Wooldridge sobre Salários de CEOs e Retornos sobre o patrimônio. Para isso, considere o seguinte modelo

(4)   \begin{align*} salary = \beta_0 + \beta_1 roe + u \end{align*}

onde salary é o salário anual de CEO em milhares de dólares e roe é o retorno médio sobre o patrimônio em percentual. O parâmetro \beta_1 irá medir a variação no salário anual quando o retorno médio sobre o patrimônio aumentar em um ponto percentual. Para estimar esse modelo, podemos utilizar o conjunto de dados ceosal1.


data(ceosal1, package='wooldridge')

attach(ceosal1)

Uma vez que tenhamos carregado o conjunto de dados, podemos calcular manualmente os parâmetros \beta_0 e \beta_1, como abaixo.


# Cálculo manual dos parâmetros
b1hat = cov(roe,salary)/var(roe)
b1hat
b0hat = mean(salary) - b1hat*mean(roe)
b0hat

Isto é, a reta de regressão será dada por

(5)   \begin{align*} \hat{salary} = 963.19 + 18.50 * roe. \end{align*}

 Implicando que para um roe = 0, teremos um salário previsto de US$ 963.19, que é o intercepto. Ademais, se \Delta roe = 1, então \Delta salary = US$ 18.50. Podemos, por fim, desenhar a reta de regressão com o código abaixo.


CEOregress = lm(salary ~ roe)
plot(roe, salary, ylim=c(0,4000))
abline(CEOregress, col='red')

E o resultado...

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