M1-060M1: Mathematics & Statistics FundamentalsCausal InferenceHard
Mastery:
Causal Inference: 解释工具变量(IV)与两阶段最小二乘,并说明 LATE 的含义。
📐 Mathematical Definition
⚡ Executive Summary
Core Concept: IV 通过只影响处理、不直接影响结果的变量识别因果;2SLS 分两步回归;估计的是依从者的局部效应。
📌 Key Takeaways
- •IV 需满足相关性(relevance)与外生性(exclusion)
- •弱工具变量会严重放大偏差
📐 Mathematical Derivations
IV 的思路:当存在<strong>未观测混淆</strong>(无法用倾向得分等控制)时,找一个变量 Z 满足两个条件——① <strong>相关性</strong>:Z 与处理 T 相关(Cov(Z,T)≠0);② <strong>外生性/排除限制</strong>:Z 只通过 T 影响 Y,不直接影响 Y,且与未观测混淆无关。此时 Cov(Z,Y)/Cov(Z,T)=β,即用 Z 作为'准随机化'的杠杆。<strong>2SLS 实现</strong>:第一阶段 T=πZ+ν 回归得到 T̂;第二阶段 Y=βT̂+ε 回归得到 β̂。直观上,2SLS 只用 T 中<strong>由 Z 引起的变异</strong>(外生部分)来估计对 Y 的影响,从而绕开混淆。经典 IV 例子:用'与大学的距离'作为'是否上大学'的 IV(影响入学但不直接影响收入,需论证)、用'随机化的激励'作为'是否参与项目'的 IV。
🏭 Production Trade-offs
三个关键概念:① <strong>LATE(Local Average Treatment Effect)</strong>——IV 估计的不是 ATE,而是<strong>依从者(compliers)</strong>的平均效应,即那些'因 Z 变化而改变处理状态'的子群体。这由 Imbens & Angrist (1994) 的单调性假设保证。含义是 IV 的外部效度受限:若政策只影响一小部分人(如只有低收入家庭对学费敏感),IV 估的是这部分人的效应,不能外推到全体。② <strong>弱工具变量问题</strong>——若 Cov(Z,T) 接近 0,则分母极小,β̂ 的方差爆炸且偏差被放大(即使 Z 有微小外生性违背也会被极度放大)。诊断标准是第一阶段 F 统计量 >10(Stock-Yogo 规则),或用 Anderson-Rubin 置信区间(对弱工具稳健)。③ <strong>排除限制不可检验</strong>——它是 IV 的核心假设却无法用数据检验(因为涉及反事实),只能靠理论论证、安慰剂检验(用不受 T 影响的子样本)与过度识别检验(多个 IV 时)间接支持;这也是 IV 研究最常被质疑的地方。
⚠️ Common Interview Pitfalls
- ✕把 IV 估计解释为 ATE(实际是 LATE)
- ✕忽视弱工具变量(第一阶段 F<10)导致的偏差放大
🎯 Interviewer Follow-ups
- ?如何检验弱工具变量?(第一阶段 F>10)
- ?exclusion 假设为什么不可检验?
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