Essays in dynamic panel data models and labor supply

Abstract

Cette thèse est organisée en trois chapitres. Les deux premiers proposent une approche régularisée pour l’estimation du modèle de données de panel dynamique : l’estimateur GMM et l’estimateur LIML. Le dernier chapitre de la thèse est une application de la méthode de régularisation à l’estimation des élasticités de l’offre de travail en utilisant des modèles de pseudo-données de panel. Dans un modèle de panel dynamique, le nombre de conditions de moments augmente rapidement avec la dimension temporelle du panel conduisant à une matrice de covariance des instruments de grande dimension. L’inversion d’une telle matrice pour calculer l’estimateur affecte négativement les propriétés de l’estimateur en échantillon fini. Comme solution à ce problème, nous proposons une approche par la régularisation qui consiste à utiliser une inverse généralisée de la matrice de covariance au lieu de son inverse classique. Trois techniques de régularisation sont utilisées : celle des composantes principales, celle de Tikhonov qui est basée sur le Ridge régression (aussi appelée Bayesian shrinkage) et enfin celle de Landweber Fridman qui est une méthode itérative. Toutes ces techniques introduisent un paramètre de régularisation qui est similaire au paramètre de lissage dans les régressions non paramétriques. Les propriétés en echantillon fini de l’estimateur régularisé dépend de ce paramètre qui doit être sélectionné parmis plusieurs valeurs potentielles. Dans le premier chapitre (co-écrit avec Marine Carrasco), nous proposons l’estimateur GMM régularisé du modèle de panel dynamique. Sous l’hypothèse que le nombre d’individus et de périodes du panel tendent vers l’infini, nous montrons que nos estimateurs sont convergents and assymtotiquement normaux. Nous dérivons une méthode empirique de sélection du paramètrede régularisation basée sur une expansion de second ordre du l’erreur quadratique moyenne et nous démontrons l’optimalité de cette procédure de sélection. Les simulations montrent que la régularisation améliore les propriétés de l ’estimateur GMM classique. Comme application empirique, nous avons analysé l’effet du développement financier sur la croissance économique. Dans le deuxième chapitre (co-écrit avec Marine Carrasco), nous nous intéressons à l’estimateur LIML régularisé du modèle de données de panel dynamique. L’estimateur LIML est connu pour avoir de meilleures propriétés en échantillon fini que l’estimateur GMM mais son utilisation devient problématique lorsque la dimension temporelle du panel devient large. Nous dérivons les propriétes assymtotiques de l’estimateur LIML régularisé sous l’hypothèse que le nombre d’individus et de périodes du panel tendent vers l’infini. Une procédure empirique de sélection du paramètre de régularisation est aussi proposée. Les bonnes performances de l’estimateur régularisé par rapport au LIML classique (non régularisé), au GMM classique ainsi que le GMM régularisé sont confirmées par des simulations. Dans le dernier chapitre, je considère l’estimation des élasticités d’offre de travail des hommes canadiens. L’hétérogéneité inobservée ainsi que les erreurs de mesures sur les salaires et les revenus sont connues pour engendrer de l’endogéneité quand on estime les modèles d’offre de travail. Une solution fréquente à ce problème d’endogéneité consiste à régrouper les données sur la base des carastéristiques observables et d’ éffectuer les moindres carrées pondérées sur les moyennes des goupes. Il a été démontré que cet estimateur est équivalent à l’estimateur des variables instrumentales sur les données individuelles avec les indicatrices de groupe comme instruments. Donc, en présence d’un grand nombre de groupe, cet estimateur souffre de biais en échantillon fini similaire à celui de l’estimateur des variables instrumentales quand le nombre d’instruments est élevé. Profitant de cette correspondance entre l’estimateur sur les données groupées et l’estimateur des variables instrumentales sur les données individuelles, nous proposons une approche régularisée à l’estimation du modèle. Cette approche conduit à des élasticités substantiellement différentes de ceux qu’on obtient en utilisant l’estimateur sur données groupées.

This thesis is organized in three chapters. The first two chapters propose a regularization approach to the estimation of two estimators of the dynamic panel data model : the Generalized Method of Moment (GMM) estimator and the Limited Information Maximum Likelihood (LIML) estimator. The last chapter of the thesis is an application of regularization to the estimation of labor supply elasticities using pseudo panel data models. In a dynamic panel data model, the number of moment conditions increases rapidly with the time dimension, resulting in a large dimensional covariance matrix of the instruments. Inverting this large dimensional matrix to compute the estimator leads to poor finite sample properties. To address this issue, we propose a regularization approach to the estimation of such models where a generalized inverse of the covariance matrix of the intruments is used instead of its usual inverse. Three regularization schemes are used : Principal components, Tikhonov which is based on Ridge regression (also called Bayesian shrinkage) and finally Landweber Fridman which is an iterative method. All these methods involve a regularization parameter which is similar to the smoothing parameter in nonparametric regressions. The finite sample properties of the regularized estimator depends on this parameter which needs to be selected between many potential values. In the first chapter (co-authored with Marine Carrasco), we propose the regularized GMM estimator of the dynamic panel data models. Under double asymptotics, we show that our regularized estimators are consistent and asymptotically normal provided that the regularization parameter goes to zero slower than the sample size goes to infinity. We derive a data driven selection of the regularization parameter based on an approximation of the higher-order Mean Square Error and show its optimality. The simulations confirm that regularization improves the properties of the usual GMM estimator. As empirical application, we investigate the effect of financial development on economic growth. In the second chapter (co-authored with Marine Carrasco), we propose the regularized LIML estimator of the dynamic panel data model. The LIML estimator is known to have better small sample properties than the GMM estimator but its implementation becomes problematic when the time dimension of the panel becomes large. We derive the asymptotic properties of the regularized LIML under double asymptotics. A data-driven procedure to select the parameter of regularization is proposed. The good performances of the regularized LIML estimator over the usual (not regularized) LIML estimator, the usual GMM estimator and the regularized GMM estimator are confirmed by the simulations. In the last chapter, I consider the estimation of the labor supply elasticities of Canadian men through a regularization approach. Unobserved heterogeneity and measurement errors on wage and income variables are known to cause endogeneity issues in the estimation of labor supply models. A popular solution to the endogeneity issue is to group data in categories based on observable characteristics and compute the weighted least squares at the group level. This grouping estimator has been proved to be equivalent to instrumental variables (IV) estimator on the individual level data using group dummies as intruments. Hence, in presence of large number of groups, the grouping estimator exhibites a small bias similar to the one of the IV estimator in presence of many instruments. I take advantage of the correspondance between grouping estimators and the IV estimator to propose a regularization approach to the estimation of the model. Using this approach leads to wage elasticities that are substantially different from those obtained through grouping estimators.