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一类空间自回归模型的强相合性

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第3l卷第2期 2007年4月 南昌大学学报(理科版) Journal of Nanchang University(Naturla Science) Vol_3l No.2 Apr.2007 文章编号:1006—0464(2007)02—0125—03 一类空间自回归模型的强相合性 闻 斌 (常熟理工学院数学系,江苏苏州215500) 摘要:( ,卢 )表示在空间自回归模型 = + 。一 一。+ 中参数( ,卢)的Guass—Newtor估计。 根据已知的结论:当 =卢=1时,{ 手( 一 , 一卢)}收敛于二元正态随机向量分布 ̄Plim{(n于( 一 , 一 卢)),} Ⅳ2(0,,),其中,:diag(2.2)。利用双参数强鞅收敛定理,可以证明:当 <÷时, r( 一 , 一卢)-+ a.e。 关键词:空间自回归模型;Gauss—Newtor估计;强鞅 中图分类号:O212.7 文献标识码:A Martin¨ 于1979年引入空间的自回归模型 f—l一 一l。f—l+ (0.1) 并且在1990年的论文中指出该模型的应用。 Jain【2 利用上述模型进行图像处理研究和分析数字 滤波器及系统理论,Basu和Reinsel_3 用实际便子说 = , ,估计(A.4为构造00的Guass—Newtor估计0 做准 备,详见[7])。 注1假设模型(0.1)满足(A.1)一(A.3),根 据(1.3),X =aX 。 ;仅 定义为 的最小二乘 估计。因为Ot= =1,X =Zif—z 一l是可观测的, 明了模型(0.1)的可行性是不稳定的。Cullis和 Gleeson-4 用模型(O.1)(令 = =1)表示线性回归 而且由定理2.2(1)及定理2.4(1)可得:当r<÷ 时,n ( 一 )=n 置-1J /n— -。, 中的误差结构来分析现场数据。当I l<1,l I<1 时,我们所知的参数( , )的估计都收敛于二元正 态随机向量分布,其中正则项为n -6]。Bhatta— charyya 证明了相似的结论:当 = =1时,参数 ^ ^ 2 一-J— ・a・ e。同样地,定义 的估计 ,从而在( .1)一(A.3) 成立时,我们可以得出满足(A.4)中条件的初始估 计 和 是存在的。 令00=(Ot, ),0 =(Ot , ), (口,b)=aZ J ( ,JB)的Guass—Newton估计(仅 , )收敛于二元 正态随机向量分布,其中正则项为 即{n ( 一 ^ ,+ l—abZ 川,F (口,b)=( (口,b)/Oa,诉 JB 一 )}收敛于二元正态随机向量分布。在本文 ^ ^ (o,6)/a6)=(Zi—lJ一6Zi—lJ—l,Z。J—l一口Z —lJ—1)及 中,我们将证明当 = =1,r<-4 --时,,t ( 一 , R (口,b)=一(Ot—n)( —b)z —l。卜l。定义: = [ Fv(O )F ( )]一 Fo(0 )z —fo(on));则 . ) a.e。下面的证明中我们假设当i Aj<_O 时,z :O。 一 , 1 主要结论 首先给出四点假设: (A.1) = =1。 0 : + = + 0 为 为0o的 的 Guass New一Newt一 ton估计 ,o估计 ,并且0 并且 满足: 0 一0。一 。 。Fo(O )F ( n) 。F ( n)( (1.1) √,从而 (A.2) ,i√ 1为i. .d,期望为0,方差为 并且四阶矩有限。 (A.3)对某个 >o.El,∑. “I 一=0( ¨)。 一 一 一 (0 )+8 定义X =Z 一 J—l, = 一 一 (A.4)当,<÷时, 和 分别为满足n ( 一 F (0 )=(X —lJ+( 一 )Z 一l,,-l’ J—l+( )Z 1) (1.2) 利用模型(0.1),可得: X J=aX lj+ (1.3) -) .口.e,n ( 一 ) .口.e的 及 的初始 收稿日期:2005—03—25 作者简介:闻斌(1980一),男,讲师,硕士 并且当 = =1时,置J= 村。同理: 维普资讯 http://www.cqvip.com

C ・126・ 南昌大学学报(理科版) 2007正 — 当)/a 0  > J - =/3r,川+ (1.4) 证明(1) 对每个t:(t ,t2)∈J7、r2及 :∑._E  并且当0[=/3=1时, √: 一。 下面给出本文的主要结论,有关的证明将在下 节给出。 定理1.1 假定模型(0.1)满足(A.1)一 ^ 置一1 8 ,令 为使得每个 , £1,-『 £2都可测的最 .,l 八  小 域。首先证明{ ,爱,t∈ }为鞅;固定s,满足 日 ^I (A.3),贝0当r< 时,n (0 一0 )— .口.e。 于 s:(s ,s ) (t。,t ): ;由(A.2),利用条件期望的 V 标准性质可得: C V 注当 ¨i, 1为i.i.d, i ~N(0, ),i, E[ J ] + : 善,+。E( 一 J)E(占 )+ 1时,可推出(A.3);从而导出下面的推论。 推论1.2假定模型(1.1)中O/:卢:1, i, 1为i.i.d且 ~N(0, ),i, 1,则当r<÷时, ^ n (0 一0 ) .口.e。 2强鞅 我们用 表示所有有序正整数对的集合,定义 s:(s1,s2) (t1,t2): 当且仅当si £i;假设( , , P)表示下面的概率空间, ,f E 表示 的一个递 增的子 域序列,即当s f时, , ∈ }满足: (1)当s £时,E[ l ]: (鞅) (2)如果 ,E[ ( , ]l ]:0,其中 ( , ] : — 一 + , 表示包含 , s 或 s 的最小 域 则称{ ,爱, ∈ }为强鞅。 引理2.1假设{ : √ 1}及{ : ,J.>0}为实 数序列,其中当i^ :0时,c :0; 如果满足下列条件: (b)对每个固定的M, 1;当n ∞时,CMn/C — , /c — (c)当m八n ∞时,), : 磊 “/c“ ),并且 {Y :m,n l}为有界集则当n ∞时,(1/c ) . 。 证明见[7]。 定理2.2 假设模型(1.1)满足(A.1)一 (A.2),则 (1)当r>寻时,二 n‘ i喜 。J ’1 ^ . ’ a.e(2)当r>寻时,二 n , IJ  1 .a.e(3)当r>2时,÷ ,n lJ I z ’ — .a.e 。 :。 [置一 J ] + 。 [磊 蚵E( )+ : + E( 蚵 )] 从而{ , , ∈ }为鞅;下证{ ,爱, ∈ }为 强鞅;假设 :(s。,s )<(t ,t ): ,则V( , ]:  E( ) …。+ :s2+lE 8 ]: [。+ +。+。∑E( 村)E( )]:0 ,因此{ , , E }为强鞅;令 :∑Xi-1,j / .,其中P>1,q>l/2;则{IF,,爱, ∈ }也为强鞅; 而且E( : .E( ;.11,) / :0(1)。对于某 个 ,当t 八£ ∞,根据Walsh(见[8]推论2.8)可 得: a.e;令c : ,利用引理2.1可得:当r >号时,(1/nr) 荟。X J 0・a・eo同理可证定 (2),(3)。 定理2.3 假设{ :1 s 几,n 1}为随机变 量矩阵,满足: (1)E( ):0 (2)对每个固定的儿,n 1; 。, ,…, 是独 立的 (3)对某个P,1 p<2及 >0,sup E  1l <∞ 则(1/n )五 --,0.0.e。 证明见[9]。 定理2.4 假设模型(0.1)满足(A.1)一 (A.3),则 (・) 粪。 誓2.a.e (2) 喜。 一。 譬.a.e 证明(1) 令 :(1/n [ 一 J—E (霹一 √)],从而满足定理2・3(1);因为 , 由可(A.2)知, 。, ,…, 为同分布的随机 变量,从而满足定理2.3(2)。从(A.3)可知:E I 1 2+s (Cl/n ’)nH 芝E  IXi一1J I (C2/n “) 维普资讯 http://www.cqvip.com

第2期 闻斌:一类空间自回归模型的强相合性 ・127・ n :D(1),从而满足定理2.3(3);令p:l,利用 b =(1/n ) [ 一1,,+( 一 )z 一1,卜1] 定理2・3可知:(1/n3) 。[霹一-J—E(霹一-J)]一0・ a.e。因为E( _lIf):(i一1) ,从而(1/n E .‘.1 1 (霹.1J)一 ・a・e;Ifil,), ̄(1/n3)。 。 一-J /2・a・e。 同理可证定理2.4(2)。 3定理1.1的证明 Bhattachayyya 证明了{n ( 一 )}收敛于 二元正态随机向量分布,下面证明假定模型(0.1) 满足(A.1)一(A.3),则当r<÷时,n (0 一00) a.eo 引理3.1 假定模型(0.1)满足(A.1)一 (A.2),则 (1)Hat( ):O(n ) . ld(2)Hat( . _lI,):O(n ) (31uay( ̄ 一。/--1J一。):D(n ) ()4 uar  ( Xi.lj 1):0(n ) (5)uay( Xi1Jz 一,1J一1)=D(n。) (6)uay( z , J一11 J一1)=D(n ) 证明 只需证明(5),其余类似可证,因为 置_lJ 和 一- --s - “是的,NNN0 的随机变量;从而当 ≠ 时,COil(置一。J 一。J一。, 卜1 一1)=0并且COU( 一1Jz 一1J一1, 卜1 J一1):E ( 一1 Xi,一1 J一1)E(Zi_1 ̄iZ 1√一1):0((i^ ) );当 ≤ 时,ua¨ , ,置一-J 一-J一-)= 善 D( ):0 (n。);因此HaY( Xi ̄iZ J.1)=0(n。)。 令0 :( , )是满足注1中条件的(a, )初 始估计,A :diag(n-3/2,n-3/2),A:diag( /2, / 2),G = .F ( )F (0 ),R (0 ):一( — )( 一 ) _1 .,其中 ( )的表达式在(2.2)中已 给出。 引理3.2 假定模型(0.1)满足(A.1)一 (A.3),则 (1)A G A — .a.e (2)An 荟。Fo40n)尺o(on) a・e (3)当 >0时,n-BAn 荟。 ( n) a・e 证明( )记A G A :( :Z),贝0 =(1/n +(2/n )( 一 ) Xi_lJ , , 。z 。J一。+(( 一 ) /n ) .zz_。 一。 := 1+ + 由定理2.4(1)可知: ,一 /2.a.e。当 >0 时,由引理3.1(5)及Borel—Cantelli引理可知:(1/ n7/2+B) . ,, 一。川一0.a.e。再由注1可得: n3/2-8( -3 )(1/n /2“) . 一1Jz 1J一1— .a.e,即 .a.e。同理由引理3.1(3)及Borel—Cantelli 引理可得: 0.a.e。从而6 一 /2.a.e。同理 可证c .a.e及d 一 /2.a.e。(2)的证明类似 于(1)。由定理3.2及注1,再利用(2.2)式可得: n A Fo(O )8 n。 。。置 。 川 8ii) +nI3/2一 ̄z 一.i-I 1J一1 ( 一 , 一 )O[n  —世a.e。利用(2.1)式及引理3.2可得:n Ai (0 一 Oo):( G A )_。n一 . ( )( ( )+ )一 A~0=0.a.e。定理1.1证毕。 4结论 々 ^ ^ 当r=÷时,{n亍( 一 , 一 )}收敛于二元 t ^ ^ 正态随机向量分布 ̄llim{({ ( 一 , 一 )) } n ._= Ⅳ2(0,厂),F=diag(2,2);本文利用双参数强鞅 收敛定理,证明了当r<÷时,n ( 一 , 一卢)一 ^ ^ 0.a.e,其中 = =1,( ,卢 )表示在空间自回归模 型中参数( , )的Guass—Newtor估计。 参考文献: [1]Maritn R J.A Subclass of Lattice Processes Applied to a Problem in Plannar Sampling[J].Biometrika,1979,66: 2O9—217. [2] Jain A K.Advances in Mathematieal Models for Image Processing[J].Pro IEEE,1981,69:502—528. [3]Basu S,Reinsel G C.Regression Models with Spaital Cor- related Errors[J].J Amer Statist Assoc,1994,89:88— 99. [4] Cullis B,Gleeson R.Spatila Analysis of Field Experiment —an Extension to two Dimensions[J].Biometrics,1991, 47:1 449—1 460. [5] Basu S.Anaysis of First—order Spatila ARMA Models [D].Ph.D.Dissertation,University of Wiseonsion.Mad— isson,WI,1990.103—117. [6]Khalil T M.A Study of the Doubly(下转第131页) 维普资讯 http://www.cqvip.com

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