空间计量模型
空间计量经济学模型及其应用
空间计量经济学模型及其应用空间计量经济学模型及其应用随着经济全球化和城市化进程的不断深入，企业和居民之间的空间联系越来越密切，城市空间格局的变化越来越明显。
在这种情况下，空间计量经济学模型逐渐成为经济学研究的重要工具之一，能够准确地衡量空间的经济效应，推动城市发展和区域经济增长。
本报告将从空间计量经济学模型的基本理论、模型类型和应用领域三个方面进行论述，旨在为对此领域感兴趣的读者提供一些参考。
一、空间计量经济学模型的基本理论空间计量经济学是空间经济学与计量经济学的交叉学科，其理论构建基于三个方面：空间距离、空间依赖和空间异质性。
下面分别进行阐述。
1.空间距离空间距离是指在空间维度上两个经济体之间的距离，这里的经济体可以是城市、县、国家等经济空间单元。
在空间计量经济学中，距离不仅仅是直线距离的概念，还包括通行时间、交通成本、行政管辖区域等多方面的因素。
空间距离对经济发展具有明显的影响，可以影响固定资本的流动、劳动力的流动、资金的流动等多方面的因素。
因此，空间距离在计量经济模型中的应用非常广泛，是模型的一个重要变量之一。
2.空间依赖空间依赖是指一个经济单元的行为和性质受到其周围空间经济环境的影响。
在空间计量经济学中，空间依赖可以通过空间自回归模型、空间误差模型等方式进行测算。
空间依赖是经济空间单元之间相互作用的一种体现，它可以客观反映经济环境的变化和发展趋势，有助于经济预测和政策决策，具有非常广泛的研究领域和应用前景。
3.空间异质性空间异质性是指在不同地理空间单元之间存在的结构性差异，这种差异不会随着时间的推移而消失。
在空间计量经济学中，空间异质性主要体现在组成部分的不同、战略资源的分布和经济制度的差异等方面。
空间异质性的存在使得研究不同区域经济结构的差异和社会文化的差异变得更加复杂，需要充分考虑空间异质性对研究结果的影响。
二、空间计量经济学模型的类型空间计量经济学模型的类型主要包括空间自回归模型、空间误差模型、空间滞后模型和空间面板模型等。
动态面板空间计量模型
动态面板空间计量模型
动态面板空间计量模型是一种常见的计量经济学方法，适用于分析空间数据的面板数据。
它综合了时间序列和横截面数据的特点，可以更准确地捕捉时间和空间的交互作用，是一种具有实际应用价值的方法。
该模型是在静态面板空间计量模型的基础上进行发展的，其最大的特点是将每个空间单位（区域）的时间序列数据与其邻近区域的数据进行融合，建立出相邻区域之间的关联性。
同时，该模型还考虑了时变的特点，即考虑空间单位之间的关联关系随时间的变化而变化。
具体而言，动态面板空间计量模型的核心是空间滞后项，即模型中每个变量对于相邻空间单位的值的影响，其可表示为：
Yit = αYit-1 + βWXit + γYst + εit
其中，Yit是该变量在i时期、t时间的取值；Yit-1表示该变量在上一期的取值；WXit是自变量；Yst指的是相邻区域的该变量取值的加权平均数；εit是误差项。
该模型还能够考虑其他因素对空间单位间关联关系的影响，比如时间趋势、控制变量等。
使用该模型可以估计出空间单位间关联关系的强度和方向，提供预测值以及对策略的评估等。
总之，动态面板空间计量模型是一种应用广泛的计量经济学方法，用于处理面板数据中的时间和空间交互作用，能对空间单位间的关联进行建模、预测和评估，以更好地理解经济现象。
空间计量方法模型
空间计量方法模型空间经济计量模型主要解决回归模型中复杂的空间相互作用与空间依存性结构问题（Anselin ，1988）。
长期以来，在主流的经济学理论中，空间事物无关联及均质性假定的局限，以及普遍使用忽视空间效应的普通最小二乘法 (OLS)进行模型估计，使得在实际应用中往往存在模型的设定偏差问题，进而导致经济学研究得出的各种结果和推论不够完整、科学，缺乏应有的解释力(吴玉鸣，2007)。
空间计量经济学 (Anselin ，1988)理论认为一个地区空间单元上的某种经济地理现象或某一属性值与邻近地区空间单元上同一现象或属性值是相关的。
几乎所有的空间数据都具有空间依赖性或空间自相关性的特征，空间依赖的存在打破了大多数经典统计和计量分析中相互独立的基本假设。
也就是说，各区域之间的数据存在与时间序列相关、相对应的空间相关。
根据空间计量经济学方法原理，空间计量分析的思路如下：首先采用空间统计分析Moran 指数法检验因变量是否存在空间自相关性；如果存在空间自相关性，则以空间计量经济学理论方法为基础，建立空间计量经济模型，进行空间计量估计和检验。
1.空间自相关性检验空间相关性存在与否，实际应用研究中常常使用空间自相关指数Moran’I ，其计算公式如下所示：∑∑∑∑==-==---=ni nj ijj ni nj i ijW S Y Y Y Y WI Moran 11211,)()( （3）其中，∑∑=-=-=-=ni i n i i Y n Y Y Y n S 1121;)(1，i Y 表示第i 地区的观测值；n 为地区总数(本文为28)；ij W 为二进制的邻接空间权值矩阵，表示其中的任一元素，采用邻接标准或距离标准，其目的是定义空间对象的相互邻接关系，便于把地理信息系统(GIS)数据库中的有关属性放到所研究的地理空间上来对比。
一般邻接标准的ij W 为：⎩⎨⎧=不相邻；区域和当区域相邻；区域和当区域j i j i W ij 01 。
现代地理学中的数学方法 (9)
果d等于所研究空间任意两点间的最大距离，则全域
和局域两个模型将相等，反之则相反。 若 趋于无穷大，任意两点的权重将趋于1，则 被估计的参数变成一致时，GWR就等于以OLS估计 的经典线性回归；反之，当带宽变得很小时，参数 估计将更加依赖于邻近的观测值。
三、应用实例：研发与创新的空间计量模型
为检验研发与创新的空间效应，建立双对数线性的 知识生产函数模型如下：
型最好。
二、地理加权回归模型
当用横截面数据建立计量经济模型时，由于这种 数据在空间上表现出的复杂性、自相关性和变异性，
使得解释变量对被解释变量的影响在不同区域之间可
能是不同的。 假定区域之间的经济行为在空间上具有异质性的 差异可能更加符合现实，空间变系数回归模型中的地 理加权回归模型（GWR）是一种解决这种问题的有 效方法。
ˆ ˆ ˆ ，极大对数似然函数 ， ˆ 0 L
2 2 ˆ ˆX ˆ ˆ ˆWy ˆ ˆ LogL n / 2ln2 n / 2ln ln I W 1 / 2 y Wy X y
如果SLM模型设定正确，那么解释变量在重复抽样过程
5.274 2
4.606 2 3.555 6 3.687 0 2.669 1 4.076 3 3.675 1 3.464 4 4.529 7 4.117 3 3.760 8 3.481 5
40.245 4
39.411 0 39.331 9 37.633 9 45.371 4 41.098 4 43.579 1 48.486 9 31.271 9 34.583 4 29.165 1 32.013 0
模型实证分析所用的数据样本，包括了中国大陆
空间计量经济学基本模型
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➢空间误差模型（Spatial Error Model, SEM）
y X u u Wu
~ (0, 2I n )
* 参照时间序列误差自相关的叫法，空间误差模型 也被称作空间自相关模型（Spatial Autocorrelation Model），简记为SAC模型。
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问题：
练◦ 习考虑空间溢出效应的地区人均GDP影响因素 分析
数据文件：
◦ china.shp
论文提纲
◦ 全局MoranI检验 ◦ 局部Moran I检验 ◦ 回归分析 ◦ 运用三类不同的w分别做出结果，选最好的。
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➢OLS、SLM、SEM的选择
Run OLS
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➢选择标准及步骤
✓1、做一次OLS估计
✓2、对比LM统计量，LM-Lag和LM-Error
✓3、若均不显著，则无需进行空间计量分析
✓4、若只有一个显著，则设定为与显著统计量 对应的空间计量模型
✓5、若均显著，再对比Robust LM-Lag和 Robust LM-Error
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➢空间杜宾误差模型（SDEM）
y W1y X1 W1X2 u u W2u ~ (0,2In)
* SDEM模型是SLM、SEM、SDM的综合，比GSAR更一般化。
* β2=0，λ=0，SDEMSLM; * β2=0，ρ=0，SDEMSEM; * λ=0，SDEMSDM;
* β2=0，SDEMGSAR;
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空间计量模型效应的解释
空间计量模型效应的解释
空间计量模型是一种将空间效应纳入回归分析的方法，主要研究空间相关性和空间依赖性对经济变量的影响。
在空间计量模型中，效应的解释主要包括直接效应、间接效应和总效应。
1. 直接效应：直接效应是指解释变量对本地区被解释变量的影响。
直接效应反映了解释变量对本地被解释变量的影响程度，可以通过回归系数来表示。
2. 间接效应：间接效应是指解释变量对邻近地区被解释变量的影响。
间接效应反映了解释变量通过空间权重矩阵对邻近地区被解释变量的影响程度。
3. 总效应：总效应是指解释变量对本地和邻近地区被解释变量的影响之和。
总效应反映了解释变量对所有地区被解释变量的影响程度，可以通过直接效应和间接效应的加总来表示。
在空间计量模型中，通过分解总效应，可以分析解释变量对不同地区被解释变量的影响程度，有助于更好地理解空间计量模型的效应。
同时，空间计量模型还可以帮助研究者识别空间相关性和空间依赖性对经济变量的影响，为政策制定和区域协调发展提供参考。
经济学中的空间计量模型
经济学中的空间计量模型一、空间计量模型概述空间计量模型是指将空间因素引入计量经济学模型中的一种方法。
空间计量模型通常用于研究空间相关性对经济现象的影响。
空间相关性是指位置相近的地区之间存在的相互依赖关系或者相互作用。
二、空间计量模型的基本形式空间计量模型的基本形式可以表示为：Y=ρWy + Xβ + ε其中，Y表示被解释变量，X表示非空间自变量，W表示空间自变量的邻接矩阵，ε代表误差项，ρ是空间相关系数，β是非空间自变量的系数。
空间自变量通常是指与地理位置有关的变量，比如距离、地理位置等。
三、空间计量模型的类别1. 空间自回归模型（Spatial Autoregression Model，SAR）SAR模型是最简单的空间计量模型之一。
SAR模型的核心思想是，与某一地区相邻的地区之间存在相互影响，这种影响可以通过在模型中引入空间自回归项来体现。
SAR模型通常用于研究空间依赖性的影响，比如一个地区的影响对相邻地区的经济发展状况的影响。
2. 空间误差模型（Spatial Error Model，SEM）SEM模型是一种常用的空间计量模型，其核心思想是每个地区的误差项受周围地区的误差项的影响。
SEM模型和SAR模型的区别在于，SEM模型中的空间相关性体现在误差项当中，而SAR模型中的空间相关性体现在自变量中。
3. 空间Durbin模型（SDM）SDM模型是SAR模型和SEM模型的综合体，其核心思想是同时考虑空间自回归和空间误差，在模型中引入两个空间因素项。
SDM模型通常用于研究空间因素对社会、经济现象的影响。
四、空间计量模型的应用场景空间计量模型有许多的应用场景，比如城市规划、环境保护、地区经济发展等领域。
1. 研究城市规划城市规划通常需要考虑到不同城市之间的相互依赖关系。
比如，周围地区的经济状况和城市的经济发展状况相关，不同城市之间的人口流动也会影响城市的规划。
这时候可以采用空间计量模型，来研究城市规划对相邻地区的影响。
空间计量经济模型的理论与应用
空间计量经济模型的理论与应用第一部分空间计量经济模型介绍 (2)第二部分模型理论基础与原理 (5)第三部分空间相关性分析方法 (8)第四部分常用空间计量模型构建 (10)第五部分模型估计与检验方法 (14)第六部分应用案例与实证分析 (19)第七部分空间计量模型的局限性 (22)第八部分展望与未来研究方向 (25)第一部分空间计量经济模型介绍空间计量经济模型是一种将地理空间因素纳入传统经济学模型的分析方法，它通过在传统的线性模型中引入空间相关系数来考虑地区间的相互作用和影响。
这种模型起源于 20 世纪 70 年代，并逐渐成为经济学、地理学、城市规划等领域的重要工具。
本文将从理论与应用两个方面对空间计量经济模型进行详细介绍。
一、理论基础1.空间数据特性空间数据通常具有以下特点：(1)空间邻接性：相邻地区的变量之间往往存在相互影响。
(2)空间异质性：不同地区的自然环境、人文条件等差异会导致数据表现出不同的特性。
(3)空间相关性：同一地区内的多个变量之间可能存在着内在的联系，从而使得数据具有一定的空间自相关性。
2.空间计量模型的分类根据空间效应的不同，空间计量经济模型可分为两大类：(1)局部空间模型：这类模型关注的是单个区域的数据，如空间滞后模型（SLM）和空间误差模型（SEM），它们分别考虑了邻居地区的影响和空间内相关性的效果。
(2)全局空间模型：这类模型考虑的是整个研究区域的空间效应，如空间杜宾模型（SDM）和空间卡尔曼滤波模型（SKF），它们能够捕捉到区域间广泛存在的相互作用关系。
二、空间计量模型的构建1.空间权重矩阵在构建空间计量模型时，首先要确定空间权重矩阵。
空间权重矩阵用于衡量地区之间的空间关联程度，常见的有邻接矩阵、距离衰减矩阵等。
例如，在邻接矩阵中，如果两个地区相邻，则它们之间的权值为1；否则，权值为 0。
2.模型选择根据所要解决的问题和数据特点，可以选择相应的空间计量模型。
例如，当研究区域内部存在明显的空间自相关性时，可以采用空间误差模型或空间滞后模型；当研究区域之间的互动效应较强时，则应选用空间杜宾模型。
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二、空间相关性指标
• 1、全局空间自相关指标：Moran指数 • 它反映的是空间邻接或空间邻近区域单元属 性值的相似程度，其式子：
n∑∑ wij ( xi − x)( x j − x) I=
i =1 j =1 n n
n
n
wij ∑ ( xi − x) 2 ∑∑
i =1 j =1 i =1
n
1 n 其中：x = ∑ xi n i =1
四、模型的估计
• 空间计量模型腹胀普通最小二乘法进行估 计是有偏的，常用用极大似然法进行估计。 其基于函数，根据极大似然值的对数值、 AIC、SC来度量，极大似然值的对数值越 大越好，而AIC、SC越小越好。 • 检验方法：两个拉格朗日乘数检验，即 LMLAG、LMERR和稳健的LMLAG、 LMERR
空间计量经济模型
主要内容
• 主要介绍空间计量经济模型的原理、分类、 估计及相应的软件操作。 • 重点问题： • 空间相关指数 • 空间滞后模型的设置和估计 • 空间误差模型的设置和估计
一、空间权重
• 通常定义一个二元对称空间权重矩阵 W来表 达n个位置的空间的邻近关系，其形式如下：
w11 … w1n W = … … … wn1 … wnn
谢谢
三、空间回归模型
• 根据模型设定时对“空间”的体现方法的 不同，空间计量模型主要分为空间滞后模 型和空间误差模型。空间滞后模型反映了 因变量的影响因素会通过空间传导机制作 用于其他地区，而空间误差模型反映区域 外溢是随机冲出的作用结果。
1、空间滞后模型
• 空间滞后通常被假定是空间自回归过程，因此空间 滞后模型又称为空间自回归模型，其表达式如下：
y = ρWy + Xβ + µ • 其中，y是因变量，X是解释变量，W是空间权重 矩阵β是的参数向量，ρ是空间滞后项Wy的参数， 其衡量观测值之间的空间相互作用程度，µ是白噪 音干扰项。
2、空间误差模型
• 空间误差模型的表达式常用的有如下几种： • 空间AR（1）的形式：
Y = Xβ + ε
ε = λWε + µ
• 其中，W是空间权重矩阵，ε是回归残差向量， λ是自回归参数，衡量了样本观察值中的空间依 赖作用，即相邻地区的观察值y对本地区观察值 y的影响方向和程度，当地区之间的相互作用因 所处的相对位置不同而存在差异时，则采用这 种模型。
• 空间MA（1）的形式：
Y = Xβ + ε ε = µ − θWµ
• 其中W是空间权重矩阵，µ为白噪声 • 空间ARMA（1）的形式为：
Y = Xβ + ε
ε = λWε − θWµ + µ
• 实际上还有其他更高阶的设定情况，但鉴 于估计中的空间权值问题比较复杂，目前 一般空间计量模型都局限于一阶滞后模型、 一阶自回归或一阶移动平均模型，且常用 的比较多的是空间误差自相关，即AR（1） 的形式。
• 式中，Wij表示区域能i与j的临近关系，它可以 根据邻接标准或距离标准来度量。
空间权重的两种常规设定：
• （1）简单的二进制邻接矩阵：
1 当区域i和j相邻接 wij = 0 其他
• （2）基于距离的二进制空间权重矩阵：
1 当区域i和j的距离小于d时 wij = 0 其他
• 对于该指数，可以用标准化统计量Z来检验n个是 否存在空间自相关，Z的计算公式：
I − E(I ) Z= Var ( I )
• 当Ｚ值为正且显著时，表明存在正的空间自相关； 当Ｚ值为负且显著时，表明存在负的空间自相关； 当Ｚ值为零时，观测值呈独立随机分布。
２、局部空间自相关:Moran散点图
• 以（Wz，z）为坐标点的Moran散点图，常用来 研究局部的空间的不稳定性，它对空间滞后因子 Wz和z进行了可视化的二维图示。 • Moran散点图的4个象限，分别对应于区域单元与 其邻居之间4种类型的局部空间联系形式： 4 • 第1象限代表了高观测值的区域单元被同是高值的 区域所包围的空间联系形式；第2象限代表了低观 测值的区域单元被同是高值的区域所包围的空间 联系形式；第3象限代表了底观测值的区域单元被 同是底值的区域所包围的空间联系形式；第4象限 代表了高观测值的区域单元被同是底值的区域所 包围的空间联系形式；