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回归不连续设计

Regression discontinuity design · RDD · RD design

利用处理概率在已知阈值处跳变、而潜在结果回归连续来识别阈值附近局部因果效应的设计。

领域
统计学
条目类型
方法

形式陈述

设 running variable 为 R、阈值为 c,sharp RDD 的处理规则为 A=1{Rc}。在潜在结果框架中定义 Y(0),Y(1),并选择在 c 连续延拓的条件均值版本。目标为阈值处局部效应

τRD=E{Y(1)Y(0)R=c}.

识别的数学条件需逐项声明:处理规则与阈值已知;一致性及处理版本明确;μa(r)=E{Y(a)R=r}a=0,1 都在 c 处连续;R 在阈值两侧都有任意接近的支持。单位不能精确操纵 R、没有另一项政策同时在 c 启动,是支持潜在结果连续性的实质理由;一旦连续性被明确假定,它们不是另加的代数条件。于是由观测条件均值识别:

τRD=limrcE(YR=r)limrcE(YR=r).

Fuzzy RDD 只要求处理概率在 c 跳变。在排除限制、局部连续性、单调性与非零 first stage 下,结果均值跳跃除以处理概率跳跃识别阈值附近 compliers 的 LATE。局部多项式、带宽选择与 robust bias-corrected 区间属于 estimation,不是设计识别条件。

直觉

阈值两侧极接近的单位在基线上应连续变化,却因规则获得不同处理。把窗口缩向阈值,平滑的背景差异趋于零,唯独处理状态保留跳跃;结果曲线的剩余跳跃因此归于处理。

RDD 不把阈值远处的人变得可比,也不假设 R 与结果无关。结果可以随分数有陡峭趋势,只要没有在同一阈值发生另一个跳跃。其因果力量来自局部连续性与分配规则,而非在全样本拟合一条直线。

单侧极限做的是局部去趋势:左侧只能看到 Y(0),右侧只能看到 Y(1),连续性让两条看不见的潜在结果均值曲线各自跨过阈值而不跳;于是观测曲线的跳跃等于两条曲线在同一点的垂直差。有限带宽内的斜率差不会自动消失,所以估计时允许两侧分别拟合,而不是强迫它们共用一条全局趋势。

例子与边界

令阈值 c=0R 在 0 邻域有连续密度,

Y(0)=10+R+ε,Y(1)=13+R+ε,E(εR)=0,

A=1{R0}。阈值左侧观测 Y(0),其极限为 10;右侧观测 Y(1),极限为 13,跳跃为 3。比如在 R=0.10.1 的条件均值分别是 9.9 与 13.1,有限距离差为 3.2;取极限去掉了 running variable 的 0.2 背景差。

若申请人知道阈值并能反复考试,强动机且高潜在结果者可能精确挤到右侧。具体地,若右侧单位多一个类型指标 U=1,使未处理机制变成

E{Y(0)R=r}=10+r+41(r0),

即使真实处理效应仍为 3,观测跳跃也为 7。此时潜在结果连续性失败,密度在阈值堆积和预处理协变量跳跃会提供警讯。McCrary 型密度检验未显著不能证明无人操纵;功效有限,且某些离散评分本就有质量点。

另一个边界是多项式外推。用全范围高阶线性回归模型基函数拟合可产生端点振荡,并让远离阈值的数据决定局部跳跃。常用做法是在预先或数据驱动带宽内分别拟合低阶局部多项式,并对带宽选择偏差做稳健校正;这仍依赖邻域内足够观测。

R 只取整数且阈值附近没有越来越密的支持,例如评分只可能为 40、50、60,阈值 55 两侧最近点相隔 10,连续极限不能由设计本身非参数识别。可加函数形式假设比较 50 与 60,但结果不再具有理想 RDD 的近阈值无模型解释。

推论与应用

Sharp RDD 的推导为

limrcE(YR=r)=μ1(c),limrcE(YR=r)=μ0(c),

两式分别用规则与一致性,连续性再把单侧极限接到同一 R=c 人群,相减得到 τRD。识别的是阈值局部效应;外推到远离阈值者需额外的效应平滑或结构模型。

应用时应同时画结果、处理概率、running variable 密度和关键基线协变量在阈值两侧的图,报告多个合理带宽与多项式阶数。伪阈值和处理前结局可用于发现其他跳跃,但通过这些检查只增加可信度,不把连续性变成可观测定理。

参考资料
  • Donald L. Thistlethwaite and Donald T. Campbell, “Regression-Discontinuity Analysis: An Alternative to the Ex Post Facto Experiment,” Journal of Educational Psychology 51(6), 1960, pp. 309–317。
  • Jinyong Hahn, Petra Todd, and Wilbert van der Klaauw, “Identification and Estimation of Treatment Effects with a Regression-Discontinuity Design,” Econometrica 69(1), 2001, pp. 201–209。
  • Guido W. Imbens and Thomas Lemieux, “Regression Discontinuity Designs: A Guide to Practice,” Journal of Econometrics 142(2), 2008, pp. 615–635。
  • Justin McCrary, “Manipulation of the Running Variable in the Regression Discontinuity Design: A Density Test,” Journal of Econometrics 142(2), 2008, pp. 698–714。
  • Sebastian Calonico, Matias D. Cattaneo, and Rocío Titiunik, “Robust Nonparametric Confidence Intervals for Regression-Discontinuity Designs,” Econometrica 82(6), 2014, pp. 2295–2326。
  • David S. Lee and Thomas Lemieux, “Regression Discontinuity Designs in Economics,” Journal of Economic Literature 48(2), 2010, pp. 281–355。
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