第八章:离散选择模型

从随机效用出发理解 Logit、Probit、多项选择、边际效应、IIA 与政策反事实。

第八章:离散选择模型

案例: 学生选择汽车、公交、地铁还是自行车。票价下降会改变多少选择概率,而不是“选择增加几个单位”?

当结果是 0/1、类别或有序等级时,线性回归可能给出超出 [0,1][0,1] 的概率。离散选择模型直接刻画选择概率,但结构解释仍依赖效用、信息和选择集合假设。

学习目标

你应能:

  1. 从潜在效用推导二元选择概率;
  2. 区分 Logit 系数、优势比、预测概率与边际效应;
  3. 解释多项 Logit 的 IIA;
  4. 识别选择集合、内生价格与尺度归一化问题;
  5. 用概率和政策变化表达结果。

1. 二元选择的潜在效用

Yi=Xiβ+εi,Yi=1{Yi>0}.Y_i^*=X_i'\beta+\varepsilon_i,\qquad Y_i=\mathbf 1\{Y_i^*>0\}.

ε\varepsilon 为 logistic 分布:

P(Yi=1Xi)=Λ(Xiβ)=exp(Xiβ)1+exp(Xiβ).P(Y_i=1\mid X_i)=\Lambda(X_i'\beta) =\frac{\exp(X_i'\beta)}{1+\exp(X_i'\beta)}.

若误差为标准正态,则得到 Probit。两者通常产生相近概率,但误差方差归一化不同,原始系数不能直接横向比较。

2. 系数不是概率变化

连续变量 xkx_k 的 Logit 边际效应:

P(Y=1X)xk=βkp(X)[1p(X)].\frac{\partial P(Y=1\mid X)}{\partial x_k} =\beta_k p(X)[1-p(X)].

它随 XX 改变。应报告:

  • 平均边际效应(AME);
  • 代表性或政策相关人群的预测概率;
  • 离散变量从 0 改为 1 的概率差;
  • 置信区间,而不只报告优势比。

例如 exp(βk)=1.5\exp(\beta_k)=1.5 表示优势乘以 1.5,不表示概率增加 50% 或 50 个百分点。

3. 可运行案例:助学金与大学入学概率

模拟中入学取决于标准化成绩、是否获得助学金和通勤负担。代码用 Newton–Raphson 估计 Logit,并把成绩系数转成平均边际效应。

Py

Python:手工估计 Logit 与平均边际效应

Idle

这个模拟把助学金设为外生。真实助学金通常按家庭收入、成绩或申请行为发放;若目标是助学金因果效应,还需随机化、RDD、IV 或可辩护的无混杂设计。

4. 多项选择与随机效用

个体 ii 对选项 jj 的效用:

Uij=Vij+εij,Pij=exp(Vij)kexp(Vik).U_{ij}=V_{ij}+\varepsilon_{ij}, \qquad P_{ij}=\frac{\exp(V_{ij})}{\sum_k\exp(V_{ik})}.

VijV_{ij} 可包含:

  • 选项特征:票价、时间、可靠性;
  • 个体特征与选项的交互:收入 × 汽车;
  • 备选项常数:未测平均偏好。

所有效用都加同一常数不会改变选择,因此必须设基准选项;误差尺度也需要归一化。

5. IIA:红公交与蓝公交

标准多项 Logit 的任意两项概率比

PijPik=exp(VijVik)\frac{P_{ij}}{P_{ik}}=\exp(V_{ij}-V_{ik})

不依赖其他选项。若新增一条几乎相同的“蓝公交”线路,模型可能按比例从汽车和原公交吸走乘客,而现实中替代主要发生在两条公交之间。

可选扩展:

  • nested Logit:把相似选项放入同一巢;
  • mixed Logit:允许随机偏好并产生灵活替代;
  • conditional Logit:强调选项层属性;
  • panel choice:处理同一个人的重复选择。

6. 结构与因果边界

票价系数不自动是需求因果效应。运营商可能在高需求线路定高价,未测服务质量同时影响价格与选择。需要:

  • 随机价格实验;
  • 成本或规则型工具变量;
  • 清楚的供需结构;
  • 对可用选择集合与缺失选项的建模。

政策反事实还要说明新票价是否改变拥挤、班次和长期居住选择。

7. 诊断与报告

  • 0/1 和类别编码是否正确,基准类是什么?
  • 是否存在完全或准完全分离?
  • 连续变量函数形式是否合理?
  • 报告的是概率、AME 还是优势比?
  • 选择集合是否对每个人真实可用?
  • 多项模型的替代模式是否符合制度逻辑?
  • 价格、时间和质量是否内生?
  • 样本外政策是否落在数据支持范围内?

课堂任务

设计一个通勤方式选择模型:

  1. 列出两个个体属性和三个选项属性;
  2. 说明收入为何要与汽车选项交互;
  3. 用红/蓝公交说明 IIA 失败;
  4. 指出票价内生的一条路径;
  5. 把“地铁降价 10%”写成概率和福利反事实。

核心阅读

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