本文研究如下部分线性EV (errors-in-variables)模型
其中 $X_{i}\in R, t_{i}\in R, i=1, 2, \cdots, n$是已知的点列, $\beta$是未知参数, $g(\cdot)$是定义在[0, 1]上的未知函数, 误差 $\{e_{i}, i=1, 2, \cdots, n\}$是平稳的 $\alpha$ -混合随机变量且 $Ee_{i}=0$和 $E(e_{i}^{2})=1$. $\{x_{i}\}$是通过 $X_{i}=x_{i}+\varsigma_{i}$观测到的, $\{\varsigma_{i}\}$是独立同分布的测量误差, 且 $E\varsigma_{i}=0, {\rm Var}(\varsigma_{i})=\sigma_{\varsigma}^{2}$且和 $\{e_{i}\}$是独立的.
定义1[1] 设 $\{\xi_{i}, i\geq 1\}$是 $\alpha$ -混合的, 如果 $\alpha$ -混合系数
当 $n\rightarrow\infty$时收敛到 $0$, 其中 $F_{l}^{m}=\sigma\{\xi_{l}, \xi_{l+1}, \cdots, \xi_{m}\}$表示包含 $\xi_{l}, \xi_{l+1}, \cdots, \xi_{m}, l\leq m$的 $\sigma$ -代数.
文献[2]用加权的方法研究了异方差 $\alpha$ -混合半参数模型, 得到了估计量的Berry-Esseen界; 文献[3]研究了部分线性变系数EV模型, 得到了估计量的渐近性质; 文献[4]用加权的方法研究了误差独立的半参数回归模型的矩相合性; 文献[5]用加权的方法研究了NA样本下部分线性回归模型的矩相合性; 文献[6]用小波方法研究了鞅差时间序列半参数回归模型的矩收敛速度; 文献[7]用小波方法研究了 $\varphi$ -混合和 $\psi$ -混合的非参数回归模型的矩收敛速度.然而对 $\alpha$ -混合的部分线性EV模型的矩收敛性还没有研究, 因此本文研究模型(1.1) 的矩收敛性.
本文用小波方法研究模型(1.1), 仍采用文献[8]修正后的最小二乘估计, 即
其中 $\widetilde{X}_{i}=X_{i}-\sum\limits_{\mathit{j}{\rm{ = 1}}}^\mathit{n} {}\displaystyle\int_{A_{j}}E_{m}(t_{i}, s)ds X_{j}, \widetilde{y}_{i}=y_{i}-\underset{j=1}{\overset{n}\sum}\displaystyle\int_{A_{j}}E_{m}(t_{i}, s)ds y_{j}$.由此可得非参数部分的小波估计为
其中 $E_{m}(t, s)=2^{m}E_{0}(2^{m}t, 2^{m}s)=2^{m}\sum\limits_{\mathit{k}\in \mathit{Z}}{{}}\phi(2^{m}t-k)\phi(2^{m}s-k), A_{i}=[s_{i-1}, s_{i}], $ $\phi(\cdot)$是Schwartz空间 $S_{l}$的刻度函数, 相伴 $L^{2}(R)$的多解分析为 $\{V_{m}\in Z\}$, 这里的 $R$为实数集合, $Z$是整数集合, $V_{m}$的再生核为 $E_{m}(t, s)$.
下面是本文的基本假设.
(1) $x_{i}=f(t_{i})+\eta_{i}, i=1, 2, \cdots, n$, 其中 $f(\cdot)$是定义于[0, 1]的函数, $\{\eta_{i}\}~{\rm i.i.d}$且 $E\eta_{i}=0, {\rm Var}(\eta_{i})=\sigma_{\eta}$, 而且 $\{\eta_{i}\}$和 $\{(e_{i}, \varsigma_{i})\}$是相互独立的.
(2) $g(\cdot)$和 $f(\cdot)\in H^{\alpha}$ (Sobolev空间), $\alpha>\frac{1}{2}$.
(3) $g(\cdot), f(\cdot)$满足 $\kappa$阶Lipschitz条件, $\kappa>0$.
(4) $\phi(\cdot)\in S_{\iota}$(阶为 $\iota$的Schwartz空间, $\iota\geq\alpha$), $\phi$满足1阶Lipschitz条件且具有紧支撑, 当 $\xi\rightarrow 0$时, $\mid\widehat{\phi}(\xi)-1\mid=o(\xi)$, 其中 $\widehat{\phi}$为 $\phi$的Fourier变换.
(5) $\underset{1\leq i\leq n}{\max}(s_{i}-s_{i-1})=o(n^{-1}), 2^{m}=o(n^{\frac{1}{3}})$.
注1 条件(1) 是文献[8]的特殊情形, 条件(2)-(5) 是小波估计中经常用到的(如文献[9-11]等).由此可见本文的假设条件是相当一般的.
引理1[12] 若条件(1)-(5) 成立, 则
引理2[13] 若条件(5) 成立, 其中 $k\in N, C_{k}$只与 $k$有关的实数, 则有
(a) $\mid E_{0}(t, s)\mid\leq\frac{C_{k}}{(1+\mid t-s \mid)^{k}}$, $\mid E_{m}(t, s)\mid\leq\frac{2^{m}C_{k}}{(1+2^{m}\mid t-s \mid)^{k}}$;
(b) $\underset{0\leq s\leq 1}{\sup}\mid E_{m}(t, s)\mid=o(2^{m})$;
(c) $\underset{0\leq t\leq 1}{\sup}\displaystyle\int_{0}^{1}\mid E_{m}(t, s)\mid ds\leq C$;
(d) $\displaystyle\int_{0}^{1}E_{m}(t, s)ds\rightarrow 1, n\rightarrow\infty$.
引理3 若条件(1)-(5) 成立, 则 $n^{-1}(\sum\limits_{\mathit{i}{\rm{ = 1}}}^\mathit{n} {} \widetilde{X}^{2}_{i}-n\sigma_{\varsigma}^{2})\rightarrow\sigma_{\eta}^{2}~~ {\rm a.s.}.$
证 注意到
由引理1可得 $U_{1}\rightarrow 0$.由强大数定理和
(见文献[14]), 有
同理, 很容易证明 $U_{3}\rightarrow 0~~ {\rm a.s.}$.使用Cauchy-Schwarz不等式, 有
由(2.1)-(2.4) 式即得引理3.
引理4[13] (1) 存在 $\delta>0$, 使得 $Ee_{i}=0$且 $E\mid e_{i}\mid^{2+\delta}<\infty$, 则
其中 $\parallel e_{i}\parallel_{2+\delta}=(E\mid e_{i}\mid^{2+\delta})^{1/(2+\delta)}$.
(2) 存在 $r>2, \delta>0, \lambda>\frac{r(r+\delta)}{2\delta}$和 $\alpha(n)=o(n^{-\lambda})$, 使得 $Ee_{i}=0$且 $E\mid e_{i}\mid^{r+\delta}<\infty$, 则 $\forall \varepsilon>0$, 存在正整数 $c=c(k, r, \delta, \lambda)$, 有
引理5[15] 如果 $\{X_{k}\}$是数学期望为 $0$的独立r.v.序列, 那么对 $r\geq 2$,
引理6 如果 $\{\xi_{i}, i\geq 1\}$是 $\alpha$ -混合的随机变量, $\{\zeta_{i}, i\geq 1\}$是独立的随机变量, 那么 $\{\xi_{i}\zeta_{i}, i\geq 1\}$也是 $\alpha$ -混合的随机变量.
证 令 $F_{\iota}^{m}=\sigma\{\xi_{\iota}, \xi_{\iota+1}, \cdots, \xi_{m}\}$表示包含 $\xi_{\iota}, \xi_{\iota+1}, \cdots, \xi_{m}, \iota\leq m$的 $\sigma$ -代数;
表示包含 $\zeta_{\iota}, \zeta_{\iota+1}, \cdots, \zeta_{m}, \iota\leq m$的 $\sigma$ -代数;
表示包含 $\iota^{m}=\sigma\{\xi_{\iota}\zeta_{\iota}, \xi_{\iota+1}\zeta_{\iota+1}, \cdots, \xi_{m}\zeta_{m}\}, \iota\leq m$的 $\sigma$ -代数. $\forall A_{1}\in F_{n+i}^{\infty}, \forall A_{2}\in F_{1}^{i}, \forall B_{1}\in F^{'\infty}_{n+i}, \forall B_{2}\in F_{1}^{'i}, \forall C_{1}\in F^{''\infty}_{n+i}, \forall C_{2}\in F_{1}^{''i}$, 有
因为 $\{\xi_{i}, i\geq 1\}$是 $\alpha$ -混合的随机变量, 所以 $\{\xi_{i}\zeta_{i}, i\geq 1\}$也是 $\alpha$ -混合的随机变量.
定理1 若本文假设(1)-(5) 成立, 且存在 $r>2, \delta>0, \lambda>\frac{r(r+\delta)}{2\delta}$和 $\alpha(n)=o(n^{-\lambda})$, 使得 $\underset{i}{\sup}E\mid e_{i}\mid^{r+\delta}<\infty$, 且满足
则 $E\mid \widehat{\beta}_{n}-\beta\mid^{r}=o(n^{-\frac{r}{3}})+o(n^{-2\kappa r})+o(\tau_{m}^{2r}), $其中
证 注意到 $\widetilde{y}_{i}=\widetilde{x}_{i}\beta+\widetilde{g}(t_{i})+\widetilde{e}_{i}$, 易得
则
由 $C_{r}$不等式, 引理3, 引理5和Cauchy-Schwarz不等式有
由 $C_{r}$不等式, 引理1, 引理3和引理5, 有
由 $C_{r}$不等式, 引理3和引理5, 有
由 $C_{r}$不等式, 引理3, 引理4, 引理5和引理6, 有
由 $C_{r}$不等式, 引理1, 引理3和引理4, 有
由 $C_{r}$不等式, (3.1)-(3.8) 式, 得
定理1得证.
定理2 若本文假设(1)-(5) 成立, 且存在 $r>2, \delta>0, \lambda>\frac{r(r+\delta)}{2\delta}$和 $\alpha(n)=o(n^{-\lambda})$, 使得 $\underset{i}{\sup}E\mid e_{i}\mid^{r+\delta}<\infty$, 且满足
则 $E\mid \widehat{g}_{n}(t)-g(t)\mid^{r}=o(n^{-\kappa r})+o(\tau_{m}^{r})+o(n^{-\frac{r}{3}}).$
由引理2, 有
由Cauchy-Schwarz不等式和引理5, 有
由引理1, 可得
由引理4, 有
由引理5, 有
由 $C_{r}$不等式和(3.10)-(3.15) 式, 有
定理2得证.
注2 当 $\varsigma_{i}=0$时, 模型(1.1) 退化为一般的部分线性回归模型, 因此模型(1.1) 是一般的部分线性模型的推广.文献[4]要求 $e_{i}$独立而本文只需 $e_{i}$是 $\alpha$ -混合, 在条件比文献[4]弱的情况下, 由定理1和定理2可以直接得到文献[4]相应的结论.进一步, 当 $\beta=0$时模型(1.1) 退化为非线性模型, 在文献[7]中要求 $e_{i}$是 $\varphi$ -混合, 而模型(1.1) 是 $\alpha$ -混合比文献[7]的条件弱, 因此文献[7]的结论是定理2的推论.