增長(zhǎng)曲線模型誤差方差的二次型可容許估計(jì)*

張立振,劉利貞

(中國(guó)海洋大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院,山東青島266100)

增長(zhǎng)曲線模型誤差方差的二次型可容許估計(jì)*

張立振,劉利貞

(中國(guó)海洋大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院,山東青島266100)

對(duì)于增長(zhǎng)曲線模型,在二次損失函數(shù)下,研究了當(dāng)C為列滿(mǎn)秩,而A為行秩虧矩陣時(shí)誤差方差的二次型估計(jì)的容許性,用矩陣形式給出了二次型估計(jì)可容許的充要條件。

增長(zhǎng)曲線模型;誤差方差;二次型估計(jì);容許性

1 問(wèn)題與結(jié)果

關(guān)于線性模型誤差方差的二次型容許估計(jì)問(wèn)題已經(jīng)由吳啟光、成平、李國(guó)英[1-2]、徐興忠[3]得出完整的結(jié)論。本文研究具有多方面應(yīng)用的增長(zhǎng)曲線模型中誤差方差σ2的二次型容許估計(jì)問(wèn)題。增長(zhǎng)曲線模型是由Potthoff和Roy[4]提出的多元方差分析模型。后被許多學(xué)者如:Rao、Khatri、Von Rosen等加以研究。增長(zhǎng)曲線模型在經(jīng)濟(jì)、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域都有重要地應(yīng)用。近來(lái),國(guó)內(nèi)也對(duì)這一模型進(jìn)行了廣泛的研究,如覃紅、陳崢、張東華、王欣等研究了回歸系數(shù)的容許估計(jì)問(wèn)題。尤進(jìn)紅、王志忠、劉鋒、張尚立和桂文豪等研究了協(xié)方差估計(jì)在不同條件下的容許性問(wèn)題。增長(zhǎng)曲線模型如下:

對(duì)于此模型,張立振、徐興忠[5]在二次損失函數(shù)(d-σ2)2/σ4下,對(duì)于行滿(mǎn)秩和A=1n,C′=1p2種特殊情況,研究了σ2的二次型估計(jì)tr(Y′MY)在={tr(Y′MY):Mn×n≥0}(下文中皆表示此估計(jì)類(lèi))中的容許性。張立振[6]在假定H:G=In,rank(A)=r

結(jié)論1 對(duì)于模型(1),在H條件下,tr(Y′MY)是σ2在中容許估計(jì)的必要條件是Y′MY必須具有形式:Y′[a(I-P)+PNP]Y。并且a≥0,Nn×n≥0還要滿(mǎn)足其中:P=A(A′A)-A′,是PNP的非零特征根,b=max(a,λ1),rank(A)=r

結(jié)論2 對(duì)于模型(1),在假定H下

(Ⅰ)tr{Y′(I-P)/[(n-r)p+2]Y}是σ2在中的容許估計(jì)。

(Ⅱ)設(shè)M≥0,MA=0但M≠(I-P)/[(n-r)p+2],則tr(Y′MY)非容許。(P的意義同結(jié)論1)

本文在假設(shè)H1:G=In,rank(A)=r0始終表示PNP的非零特征根,文中還用到了P的對(duì)稱(chēng)性、冪等性及PA=A,A′P=A′等性質(zhì),得到了如下結(jié)果:

定理 設(shè)a>0,rank(PNP)=s≥1,對(duì)于模型(1),G=In,在假設(shè)H1下,tr{Y′[a(I-P)+PNP]Y}是σ2在中容許估計(jì)的充要條件為:不存在d>0使

對(duì)α∈(R*)ps皆成立。

注1 當(dāng)C=(1),p=1時(shí),增長(zhǎng)曲線模型(1)變?yōu)榫€性模型。在此種情況下

(Ⅰ)由本文定理可得出文獻(xiàn)[3]中引理1的結(jié)論。

(Ⅱ)由本文推論1可得出文獻(xiàn)[2]中引理2.5的結(jié)論。

(Ⅲ)由本文推論2可得出文獻(xiàn)[2]中定理2.1的結(jié)論。

2 定理的證明

2.1 引理及其證明

文獻(xiàn)[6]中(3)式得出tr{Y′[a(I-P)+PNP]Y}在損失函數(shù)(d-σ2)2/σ4下的風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)為:

其中:θ=vec(B)/σ∈Rm·q是未知參數(shù)向量。

引理1 設(shè)B,A分別為p×q,n×m矩陣,則B“A行滿(mǎn)秩ΖB,A皆行滿(mǎn)秩。

證明 (證明略)

引理2 當(dāng)a=0,N≥0且N≠0時(shí),tr{Y′[a(I-P)+PNP]Y}非容許。

R[θ,a1(I-P)+PN1P]≤R(θ,PNP)成立,從而tr{Y′[a(I-P)+PNP]Y}非容許。(證畢)

構(gòu)造n階正交矩陣Γ=(Γ1Γ2),其中Γ1是n×r階矩陣塊,且L(Γ1)=L(A)。(L(A)表示A的列向量構(gòu)成的線性空間,下文的Γ1皆與此處含義相同)則Γ′2A=0。于是

對(duì)一切θ∈Rm·q皆成立,并且對(duì)某個(gè)θ0∈Rm·q嚴(yán)格不等號(hào)成立。引進(jìn)記號(hào):

由于tr{Y′[a1(I-P)+PN?1P]Y}一致優(yōu)于tr{Y′[a(IP)+PNP]Y},所以Ip“diag(λ1,…,λs,0,…,0)≥Ip“D,故diag(λ1,…,λs,0,…,0)≥D,而D≥0所以D=,其中D1為s階方陣。(Ⅰ)當(dāng)D為對(duì)角形矩陣時(shí),顯然有T′diag(d1,…,ds,0,…,0)T=?！?N?1Γ1=?！?N1Γ,從而有(5)式成立。(Ⅱ)當(dāng)D不為對(duì)角形矩陣時(shí),其證明過(guò)程與文獻(xiàn)[7]中引理4.20的證明過(guò)程完全類(lèi)似。故從略。引入記號(hào):

2.2 定理的證明

證明 (充分性)若tr{Y′[a(I-P)+PNP]Y}不是σ2在中容許估計(jì),由引理3知,一定存在a1>0,N1≥0使

對(duì)一切α∈(R*)p·s皆成立,且對(duì)某個(gè)α0∈(R*)p·s嚴(yán)格不等號(hào)成立。其中τ為由PN1P的特征根構(gòu)成且與λ有相同維數(shù)的列向量。從而有

對(duì)α∈(R*)p·s皆成立。從而(10)式≤

3 推論的證明

3.1 推論1的證明

其中

對(duì)于k與l∈(R*)p·s任意的取值,都有g(shù)(α)→0(當(dāng)‖α‖→0時(shí))。故當(dāng)‖α‖→0時(shí),(2)式左邊的極限≤0。因此對(duì)于k與l∈(R*)p·s任意的取值,不可能存在常數(shù)d>0使(2)式對(duì)α∈(R*)p·s皆成立。由本文定理知推論1成立。 (證畢)

3.2 推論2的證明

若-[(n-r)p+2]a2+a+2[(n-r)p+2]aλs-存在k及l(fā)ij=λj(i=1,…,p;j=1,…,s),使Δ極小<0,從而存在常數(shù)d>0使(2)式對(duì)α∈(R*)p·s皆成立。(證畢)

[1] 吳啟光,成平,李國(guó)英.線性模型中誤差方差的二次型估計(jì)的可容許性問(wèn)題[J].中國(guó)科學(xué)A輯,1981,24(7):815-825.

[2] 吳啟光,成平,李國(guó)英.再論線性模型中誤差方差的二次型估計(jì)的可容許性問(wèn)題[J].系統(tǒng)科學(xué)與數(shù)學(xué),1981,6(1):112-127.

[3] 徐興忠.線性模型中誤差方差的二次型估計(jì)是—可容許估計(jì)的充要條件[J].應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)報(bào),1992,15(3):410-427.

[4] Potthoff R F,Roy S N.A generalized multivariate analysis of variance model useful especially for growth curre problems[J].Biometrika,1964,51(3-4):313-326.

[5] 張立振,徐興忠.兩類(lèi)增長(zhǎng)曲線模型誤差方差估計(jì)[J].青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào),1997,27(1):121-125.

[6] 張立振,趙建昕.增長(zhǎng)曲線模型誤差方差的二次型估計(jì)可容許的必要條件[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2004,34(2):325-328.

[7] 陳希儒,陳桂景,吳啟光,等.線性模型參數(shù)的估計(jì)理論[M].北京:科學(xué)出版社,1985.

The Admissible Quadratic Estimate of Error Variance on Growth Curve Model

ZHANG Li-Zhen,LIU Li-Zhen
(School of Mathematical Sciences,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)

The growth curve model.When matrixChas full column rank andAis row rank defecient,under the quadratic loss function,a necessary and sufficient condition that quadratic estimate of error variance is admissible is given with matrix form.

growth curve model;error variance;quadratic estimate;admissibility

O212

A

1672-5174(2010)09-154-05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41076006);國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2007AA09Z118)資助

2009-05-11;

2010-05-26

張立振(1962-),博士,副教授。E-mail:goldfield@ouc.edu.cn

AMS Subject Classfication: 62H12

責(zé)任編輯 朱寶象