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第五章 因子分析和主成分分析教材课程.pptx
第五章 主成分分析与因子分析;5.1 因子分析模型与应用
1. 因子分析模型
设p维可观测的随机向量X = (X1,...,Xp)(假定Xi为标准化变量,即E(Xi) = 0,Var(Xi) = 1,i = 1,2,…,p)表示为;或 X = AF + ε
其中F1、F2、…、Fm称为公共因子,简称因子,是不可观测的变量;待估的系数阵A称为因子载荷阵,aij(i = 1,2,…,p;j = 1,2,…,m)称为第i个变量在第j个因子上的载荷(简称为因子载荷);
ε称为特殊因子,是不能被前m个公共因子包含的部分。并且满足:cov(F,ε) = 0,即F,ε不相关;
D(F) = Im,即F1、F2、…、Fm互不相关,方差为1;D(ε) = diag(?12,?22,…,?p2),即ε1、ε2、…、εp互不相关,方差不一定相等,εi~N(0,?i2)。
因子分析的目的就是通过模型X = AF + ε以F代替X,由于m p,从而达到降维的愿望。;2. 因子分析模型中的几个统计特征
(1) 因子载荷aij的统计意义
由Xi = ai1F1 +…+ aimFm + εi,两边同乘以Fj
E(XiFj)=ai1E(F1Fj)+…+aijE(FjFj)+…+aimE(FmFj)+E(εiFj)
从而有 ρij = E(XiFj) = aij
即载荷矩阵中第i行,第j列的元素aij是第i个变量与第j个公共因子的相关系数,反映了第i个变量与第j个公共因子的相关程度。在这种意义上公共因子解释了观测变量间的相关性。;(2) 变量共同度的统计意义
因子载荷矩阵第i行的元素平方和:
称为变量Xi的共同度(i = 1,2,…,p)。
对Xi = ai1F1 +…+ aimFm + εi两边求方差:
显然,若因子方差hi2大,剩余方差?i2必小。而hi2大就表明Xi对公因子的共同依赖程度大。可见hi2反映了变量Xi对公共因子F的依赖程度,故称hi2为变量Xi的共同度。;(3) 公共因子Fj方差贡献的统计意义
因子载荷矩阵A中各列元素的平方和:
称为公共因子Fj对X的贡献,是衡量Fj相对重要性的指标,qj2越大表明Fj对X的贡献越大。;3 金融时间序列中因子的类型
收益率时间序列
宏观经济因子:GDP , 通胀,失业率,收益率曲线的陡峭度等(或者这些变量的意外冲击----扰动项)
基本面因子:财务分析得到的变量
Fama-French方法(1992):市场收益率,企业规模,价值型/成长型(市场资产净值或市场资产净值/账面资产净值)
统计因子:数学过程得到的变量,主成分分析(PCA),
主因子分析;1 因子载荷矩阵的估计
给定p个相关变量X1,...,Xp的观测数据阵X,由X = AF + ε易推出
∑ = AA + D
其中∑ = D(X)为X的协方差阵,A = (aij)为p ? m的因子载荷阵,D = diag(?12,?22,…,?p2)为p阶对角阵。
由p个相关变量的观测数据可得到协差阵的估计,记为S。为了建立因子模型,首先要估计因子载荷aij和特殊方差?i2。常用的参数估计方法有以下三种:主成分法,主因子法和极大似然法。;(2)主因子法
主因子方法是对主成分方法的修正,设R = AA + D,则R* = R – D = AA称为约相关矩阵,若已知特殊因子方差的初始估计 ,也就是已知变量共同度的估计:
则R*对角线上的元素是 ,而不是1。即:; 计算R*的特征值和特征向量,取前m个正特征值λ1*≥λ2*≥…≥λp* 0,相应的特征向量为u1*,u2*,…,up*,则有近似分解式:
R* = AA
其中 ,令
(i = 1,…,p),
则A和D为因子模型的一个解,这个解称为主因子解。; 在实际中特殊因子方差(或变量共同度)是未知的。以上得到的解是近似解。为了得到近似程度更好的解,常常采用迭代主因子法。即利用上面得到的
D* = diag( )
作为特殊因子方差的初始估计,重复上述步骤,直到解稳定为止。
变量共同度hi2常用的初始估计有以下几种方法:
● 取第i个变量与其他
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