断点回归是一种‘准自然实验’式研究,其思想在于存在一个连续变量(驱动变量X,或分组变量,或处理变量),该变量某临界点cutoff处可拆分成左侧和右侧,进而研究该变量对于另一变量(结果变量Y,或因变量)的影响。比如高考时本科线为500分,那么有的学生好低于500分,有的弱高于500,但正是由于500这个cutoff断点值,导致学生是否能上本科,进而最终影响到学生以后的收入情况,此处高考成绩即为驱动变量X,收入则为结果变量Y。

上述的500分是一个非常明确的断点cutoff值,如果低于500分一定不能上本科,高于500分一定可以上本科,那么此类RDD模型则称为‘精确断点’(sharp regression discontinuity design, 简称SRD)。如果说有的学生有着‘特长加分项’,分数小于500分但正由于其有着‘特长加分项’因而上了本科,也或者有的学生高于500分但是其更愿意读了优秀的专科,此类情况时的断点回归研究,称作为‘模糊断点回归’(fuzzy regression discontinuity, 简称FRD),多数情况下研究均使用精确断点SRD;除此之外,RDD断点回归模型时有时还会加入到控制变量。上述涉及几个关键术语,汇总如下表:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(1)

背景

一般来讲美国民主党更倾向于更多的联邦支出,案例研究是否民主党获选对于联邦支出的影响。通常情况下如果得票率大于50%即会获选,反之小于50%则会落选。因而得票率则为驱动变量X,此处0.5则可作为断点cutoff值(研究中为了方便使用,因而将得票率 – 0.5)作为驱动变量,即最终cutoff值为0,大于0则应该获选,小于0则应该落选)。结果变量Y为联邦支出。而且还包括另外2个控制变量。除此之外,还包括另外一个变量‘是否获选’作为判断是否模糊断点。本案例数据使用Stata软件的votex.sta数据,各数据的定义如下:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(2)

理论

RDD断点回归的分析知识点相对较多,从分析步骤包括,具体可精确断点或模糊断点的选择,模型选择,模型基本假定分析,模型分析,模型稳健性检验等。具体分为以下5步。

第一步、精确断点和模糊断点判断

判断精确断点或模糊断点的思路在于处理变量X被cutoff分为左右两侧后,是否真正决定‘实验走向’,比如本案例中cutoff值分成两组后即认为‘民主党是否当选’(命名为new_x),而fuzzy模糊项即真实是否当选项,如果与new_x与fuzzy项没有特别明显的不一致,甚至完全一样,此时则应该使用精确断点。反之如果new_x与fuzzy项有着明显的差异,此时使用模糊断点较为适合。

第二步、模型选择,通常指模型阶数的判断

研究X对于Y的影响时,二者的关系是线性关系(一阶),还是曲线二阶关系,也或者三阶关系。可首先通过图示直观查看,并且得出结论。待定模型阶数后,后续分析基于该阶数进行分析使用。至于‘带宽值’或者‘核函数’,通常默认即可,SPSSAU会自动找出最优带宽值,默认使用triangular三角核函数。

第三步、模型基本假定分析

RDD模型通常包括着一定的假设,通常包括‘断点适用性检验’和‘局部平滑性检验’。如下所述:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(3)

第四步、模型分析

在上述确认好精确或模糊断点,并且确定好模型阶数,并且模型适合时,则开始分析X对于Y的影响关系情况。

第五步、模型稳健性检验

模型分析后,还需要对模型稳健性进行检验。模型稳健性检验有多种方式,包括更换核函数法、更换断点值法,是否加入控制变量法,更换带宽值法,更换阶数,改变样本选择法,如下表格所述。

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(4)

操作

第一步、精确断点和模糊断点判断

将X按cutoff值0分为两组,并且与fuzzy项进行交叉卡方分析。操作截图分别如下:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(5)

使用SPSSAU数据处理->数据编码功能,并且选择‘范围编码’,将x按cutoff值0分为两组(可通过描述分析得到x的最小值为-0.276,最大值0.470)。系统会自动生成一个新标题‘New_x’,将该项与fuzzy项进行交叉卡方,得到如下结果:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(6)

New_x代表x分为两组后的新变量,0代表cutoff值左侧(落选),1代表cutoff值右侧(当选)。而fuzzy项里面的0和1代表真实情况下‘是否当选’(0为落选,1为当选)。从上表格可以看到:二者数据完全一致,按cutoff值得到的131个‘落选’样本真实情况下也是‘落选’,按cutoff值得到的218个‘当选’样本真实情况下也是‘当选’。即意味着应该使用精确断点。

提示:

实际研究中,如果数据的gap较小,此时也可直接使用精确断点回归。

确认好为精确断点模型之后,接着进行第二步。

第二步、模型阶数判断

模型阶数判断时使用直观图示法。即首先进行模型分析,通过图示查看模型应该是一阶、二阶或三阶更加适合。首先操作如下图:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(7)

首先放入结果变量y,驱动变量x,2个控制变量。以及设置好断点值为0(默认不设置即为0),选中‘绘图’复选框。至于另外4个参数(带宽值、核函数、阶数和稳健性检验)默认即可。此步骤主要查看绘图,用于确认‘阶数’。得到图形如下:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(8)

从上图可以看到,最左侧‘线性拟合’即一阶时或者中间‘二次型拟合’即二阶时,模型拟合相对较好。可能‘二次型拟合’相对更适合。因而确定模型为二阶。并且后续以二阶为准进行分析。另外从上面三个图可以看到,断点值左右两侧附近的样本量基本均匀,即说明断点值选择适合没有受到人为操纵。

第三步、模型基本假定分析

模型基本假定分析时,通常包括‘断点适用性检验’和‘局部平滑性检验’。关于‘断点适用性检验’如果说cutoff值两侧附近的断点样本量基本均匀则说明断点选择适合,不受人为操纵。从第二步中得到的图形也可以看出,断点值附近两侧的点基本差不多,说明当前案例设置的断点值准确,并没有受到人为操纵干扰。

除此之外,还需要查看‘局部平滑性检验’,即分别将控制变量作为驱动变量X进行断点回归,通过图示法查看断点值是否在控制变量身上也起效果,即‘同样的断点值不应该在控制变量身上也起作用’,此检验通常并不完全需要。并且有时候控制变量并不能被当前断点cutoff值区分为两侧因而不能进行分析,本案例即是此类情况,本案例不进行‘局部平滑性检验’。

第四步、模型分析

第一步确认好模型为精确断点,并且第二步确定为二阶模型最优,而且满足基本模型假定。因而进行操作,准备得到最终结果。操作如下图所示:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(9)

分别设置结果变量y,驱动变量x,2个控制变量。以及设置好断点值为0(默认不设置即为0),设置为‘二阶’,选中‘稳健性检验’复选框。至于另外2个参数(带宽值、核函数)默认即可,并且将‘绘图’复选框取消(因为已经不再需要通过图示查看阶数)。此步骤为了得到最终结果。见‘SPSSAU输出结果’部分说明。

第五步、模型稳健性检验

在得到模型最终结果时,选中‘稳健性检验’复选框,系统默认提供不同带宽值(0.25倍、0.5倍、0.75倍、1倍、1.25倍、1.5倍、1.75倍和2倍共8个不同带宽值)时的结果,便于进行稳健性检验查看,实际研究中,可能并不需要8个不同带宽值情况下的结果对比,通常只需要1倍带宽值附近(比如0.75倍、1倍和1.25倍)共3项带宽值时结果对比,如果结论基本稳定即说明模型具有稳健性。

模型稳健性检验并没有固定的做法,只要可以证明模型具有稳健性(不同情况下模型结论基本一致则说明具有稳健性),具体稳健性方式上有很多种,一般使用1种或2种即可并没有固定标准。

至于其它的方式,比如‘更换核函数’法,‘更换断点’法,‘是否加入控制变量’法,‘更换阶数’法和‘样本选择法’。研究者可自行更换模型进行结果对比研究。尤其是‘更换核函数’法,‘是否加入控制变量’法和‘更换阶数’这3种方式,其操作简单方便,只需要在SPSSAU系统中下拉选择下参数更换即可进行,建议研究者尝试使用查看对比即可。比如‘更换核函数法’,操作截图如下所示:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(10)

SPSSAU默认是使用‘triangular三角核函数’,可选为‘Epanechnikov核函数’和‘Uniform核函数’,来回切换另外两个核函数,将结果进行汇总对比即可,如果结论基本一致则说明模型具有稳健性。

SPSSAU输出结果

针对本案例结果,即‘精确断点’且‘二阶模型’时结果,SPSSAU共输出表格和图形,具体说明如下:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(11)

文字分析

本案例得到最终结果,包括RDD基本情况、RDD参数情况、RDD样本数据情况、RDD断点回归结果汇总,稳健性检验结果和稳健性检验coefplot图,分别说明如下:

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(12)

从上表格可以看到结果变量、处理变量、控制变量或fuzzy项对应的项名称,本案例中有两个控制变量,另本案例最终为精确断点,因而没有设置fuzzy模糊项。

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(13)

从上表可以看到,断点值为0,并且没有设置过带宽值,模型自动计算出‘最优带宽值’为0.096,并且默认使用三角triangular核函数,模型设定为2阶。以及选中‘稳健性检验’,SPSSAU自动会提供不同带宽值时模型汇总结果。

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(14)

上表格可以看到,断点值为0,断点值左侧样本量为131个,右侧为218个,总共分析样本量为349个。

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(15)

上表格可模型结果核心表格,从上表格可以看到,p值均大于0.05,但是小于0.1,也即意味意味着如果以0.1作为显著性水平,那么回归系数呈现出显著性,如果以0.05作为标准,则说明没有显著性。无论是Conventional法,也或者校正bias法(Bias-Corrected),也或者稳健法检验robust时。

提示:

断点回归时对于回归系数的检验共提供3种方式,分别是Conventional法、Bias- Corrected和Robust法,三种方式并没有优劣之分。通常使用其中一种即可,比如Conventional法。下述基于不同带宽稳健性检验时默认汇总Conventional法。

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(16)

由于本案例时选择‘稳健性’检验,因而SPSSAU提供上表格展示不同带宽值(0.25倍、0.5倍、0.75倍、1倍、1.25倍、1.5倍、1.75倍和2倍共8个不同带宽值)时回归系数显著性检验结果,默认汇总Conventional法的显著性检验结果。从上表格可以看到,8种情况下时,只有其中4种带宽下呈现出0.1水平显著性,另外远离1倍较远的带宽时并没有呈现出显著性。

整体上看,如果模型以0.1作为显著性水平,那么模型具有一定的稳健性(如果是0.05作为标准,则稳健性非常强,因为全部p值均大于0.05)。建议还可进一步通过其它方式,比如‘更换核函数’法,‘是否加入控制变量’法和‘更换阶数’等进一步查看。本案例中如果使用‘更换核函数’,‘是否加入控制变量’或者‘更换阶数’,也会有出现0.1水平显著的结论(但并不完全是),但全部均会出现0.05水平不显著的结论,即意味着如果模型以0.1作为显著性标准,此时模型稳健性较弱,而模型以0.05水平作为标准,此时模型稳健性非常强,无论如何显著性值均大于0.05,最终模型以0.05作为显著性水平,即意味着模型并不显著,即‘民主党当选对于联邦支出并没有实际性影响’,并且此结论非常稳健。

spss单个因素数据分析(SPSSAU数据分析)(17)

上图为基于不同带宽时,模型回归系数95%置信区间进行展示的coefplot图,从图中可以看到,8种不同带宽时,95%置信区间均包括数字0,即明显的可以看到,模型在0.05水平上不显著,此结论稳定。

剖析

涉及以下几个关键点,分别如下:

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