Logit Models in Small Samples

Bf99409063473973c7f9d3cf4f882492?s=47 Carlisle Rainey
September 16, 2015
77

Logit Models in Small Samples

Talk given on September 16, 2015, at Texas A&M University.

Bf99409063473973c7f9d3cf4f882492?s=128

Carlisle Rainey

September 16, 2015
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Transcript

  1. Logit Models in Small Samples Kelly McCaskey and Carlisle Rainey

  2. None
  3. How likely are the Kuwaitis to form an active resistance

    to the PGFK? What factors make this resistance more or less likely?
  4. None
  5. –Weisiger (2014) “A good understanding of when resistance is likely

    after conquest should influence leaders’ decisions about whether to fight in the first place, whether to accept compromise settlements prior to a final military victory, and when it may be worthwhile to encourage resistance among friendly conquered populations”
  6. Variable Standardized Coefficient Estimate 90% Confidence Interval Coordinating Leader 0.44*

    [0.19, 0.69] Polity Score of Conqueror -0.27* [-0.55, 0.00] log(Distance) 0.47* [0.21, 0.74] Terrain 0.20 [-0.04, 0.45] Soldiers per Territory -0.13 [-0.41, 0.15] GDP per Capita -0.13 [-0.38, 0.12] Constant 0.40* [0.30, 0.50] N 35 Events 14 R2 0.61 Linear Probability Model Estimates
  7. What is the probability of a Kuwaiti resistance in the

    aftermath of the Iraqi invasion? -0.22
  8. How many times more likely is a Kuwaiti resistance if

    they have a coordinating leader? -0.90
  9. a logit model What We Need

  10. How many times more likely is a Kuwaiti resistance if

    they have a coordinating leader? 281.9
  11. 35 observations “It is risky to use ML with samples

    smaller than 100, while samples larger than 500 seem adequate.” –J. Scott Long
  12. The biostatistics literature recommends 10 events per explanatory variable. 2.3

    EPEV
  13. ML estimates are severely biased in small samples.

  14. Pr(yi = 1) = logit 1 ( cons + 0.5x1

    + k X j =2 0.2xj)
  15. βcons = −1 25% 50% 75% 100% 125% k =

    9 50 100 150 200 Sample Size Percent Bias Percent Bias of the ML Estimator
  16. βcons = −1 βcons = −0.5 βcons = 0 0%

    25% 50% 75% 100% 125% 0% 25% 50% 75% 100% 125% 0% 25% 50% 75% 100% 125% k = 3 k = 6 k = 9 50 100 150 200 50 100 150 200 50 100 150 200 Sample Size (N) Percent Bias Percent Bias of the ML Estimator
  17. a logit model What We Need a good estimator

  18. L⇤( |y) = L( |y) penalty z }| { |I(

    )|1 2
  19. βcons = −1 βcons = −0.5 βcons = 0 0%

    40% 80% 120% 0% 40% 80% 120% 0% 40% 80% 120% k = 3 k = 6 k = 9 50 100 150 200 50 100 150 200 50 100 150 200 Sample Size Percent Bias Method ML PML Percent Bias of ML and PML Estimators 30 observations about 8 events 120% 7%
  20. But what about the variance?

  21. βcons = −1 βcons = −0.5 βcons = 0 5%

    10% 20% 50% 100% 200% 500% 5% 10% 20% 50% 100% 200% 500% 5% 10% 20% 50% 100% 200% 500% k = 3 k = 6 k = 9 50 100 150 200 50 100 150 200 50 100 150 200 Sample Size Variance Inflation Variance Inflation (%) of ML Relative to PML
  22. MSE(ˆ) = E[(ˆ true)2] = V ar(ˆ) + [E(ˆ)]2

  23. βcons = −1 βcons = −0.5 βcons = 0 1%

    10% 100% 1,000% 1% 10% 100% 1,000% 1% 10% 100% 1,000% k = 3 k = 6 k = 9 50 100 150 200 50 100 150 200 50 100 150 200 Sample Size Mean−Squared Error Inflation Mean−Squared Error Inflation (%) of ML Relative to PML
  24. 0 50 100 150 50 100 150 200 Sample Size

    Relative Contribution of Variance Compared to Bias Number of Variables 3 6 9 Intercept −1 −0.5 0 The Relative Contribution of the Variance Compared to the Bias as the Sample Size Varies
  25. • • • • • • • • • •

    • • • • N = 35 (14 events) Intercept Conqueror's Polity Score log(Intercapital Distance) Terrain Occupying Force Density Per Capita GDP Coordinating Leader −20 −10 0 10 20 Logistic Regression Coefficients and 90% Confidence Intervals (Variables Standardized) Method • • ML Estimate PML Estimate Logistic Regression Model Explaining Post−Conflict Guerrilla War
  26. 0.0 0.2 0.4 0.6 Brier Score Log Score Score Type

    Score Method ML PML Out−of−Sample Prediction Scores
  27. How many times more likely is a Kuwaiti resistance if

    they have a coordinating leader? ML: 281.9 PML: 18.5
  28. Practical Advice

  29. What is a “small sample”?

  30. ⇠ = 1 k min " n X i=1 yi,

    n X i=1 (1 yi) #
  31. • • • • • • • • • •

    • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 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  32. • • • • • • • • • •

    • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ξ = 96 ξ = 33 Intercept 0% 1% 2% 2% 3% 5% 10% 20% 50% 100% 200% 2 5 10 20 50 100 200 500 ξ MSE−Inflation Sample Size • • 1000 2000 −2 0 2 True Coefficient MSE−Inflation of ML Relative to PML for the Intercept as the Information Increases
  33. Acceptable Inaccuracy Slope Copefficients Intercept Substantial ξ < 12 ξ

    < 33 Noticeable 12 ≤ ξ < 51 33 ≤ ξ < 96 Negligible ξ ≥ 51 ξ ≥ 96 Some Thresholds
  34. Acceptable Inaccuracy Slope Copefficients Intercept Substantial ξ < 12 ξ

    < 33 Noticeable 12 ≤ ξ < 51 33 ≤ ξ < 96 Negligible ξ ≥ 51 ξ ≥ 96 Some Thresholds
  35. Acceptable Inaccuracy Slope Copefficients Intercept Substantial ξ < 12 ξ

    < 33 Noticeable 12 ≤ ξ < 51 33 ≤ ξ < 96 Negligible ξ ≥ 51 ξ ≥ 96 Some Thresholds
  36. PML in Short • Always better in theory. • Easy

    to implement. • Makes a big difference in small samples. • Makes a small, but noticeable, difference in much larger samples.
  37. 1. Choose the number of covariates k randomly from a

    uniform distribution from 3 to 12. 2. Choose the sample size n randomly from a uniform distribution from 200 to 3,000. 3. Choose the intercept cons randomly from a uniform distribution from -4 to 4. 4. Choose the slope coefficients 1, ..., k randomly from a normal distribu- tion with mean 0 and standard deviation 0.5. 5. Choose a covariance matrix ⌃ for the explanatory variables randomly using the method developed by Joe (2006) such that the variances along the diagonal range from from 0.25 to 2. 6. Choose the explanatory variables x1, x2, ..., xk randomly from a multivari- ate normal distribution with mean 0 and covariance matrix ⌃ . Generating a Random DGP
  38. • • • • • • • • • •

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  39. • • • • • • • • • •

    • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ξ = 96 ξ = 33 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ξ = 96 ξ = 33 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ξ = 96 ξ = 33 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• • • • • •• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ξ = 96 ξ = 33 Sample Size Between 200 and 500 Sample Size Between 501 and 1,000 Sample Size Between 1,001 and 1,500 Sample Size Between 1,501 and 2,000 0% 1% 2% 2% 3% 5% 10% 20% 50% 100% 200% 0% 1% 2% 2% 3% 5% 10% 20% 50% 100% 200% 2 5 10 20 50 100 200 500 2 5 10 20 50 100 200 500 ξ MSE−Inflation Sample Size • • 1000 2000 −2 0 2 True Coefficient MSE−Inflation of ML Relative to PML for the Intercept as the Information Increases