
9/ 差分の差分法
2004年京都市長選挙における電子投票の導入1


「電子投票を導入しなかった2004年の東山区」が最適な比較対象
| 処置前(Pre) | 処置後(Post) | |
|---|---|---|
| 統制(\(D_i = 0\)) | \(\mathbb{E}[Y_{i, \textsf{pre}}^0|D_i = 0]\) | \(\mathbb{E}[Y_{i, \textsf{post}}^0|D_i = 0]\) |
| 処置(\(D_i = 1\)) | \(\mathbb{E}[Y_{i, \textsf{pre}}^1|D_i = 1]\) | \(\mathbb{E}[Y_{i, \textsf{post}}^1|D_i = 1]\) |
\[ \textsf{ATT} = \mathbb{E}[Y_{i, \textsf{post}}^1|D_i = 1] - \underbrace{\mathbb{E}[Y_{i, \textsf{post}}^0|D_i = 1]}_{\scriptstyle \textsf{counterfactual}} \]
| 処置前(Pre) | 処置後(Post) | |
|---|---|---|
| 統制(\(D_i = 0\)) | \(\mathbb{E}[Y_{i, \textsf{pre}}^0|D_i = 0]\) | \(\mathbb{E}[Y_{i, \textsf{post}}^0|D_i = 0]\) |
| 処置(\(D_i = 1\)) | \(\mathbb{E}[Y_{i, \textsf{pre}}^1|D_i = 1]\) | \(\mathbb{E}[Y_{i, \textsf{post}}^1|D_i = 1]\) |
\[ \textsf{ATT} = \mathbb{E}[Y_{i, \textsf{post}}^1|D_i = 1] - \underbrace{\mathbb{E}[Y_{i, \textsf{post}}^0|D_i = 1]}_{\scriptstyle \textsf{counterfactual}} \]
2004年に東山区が電子投票を導入しなかったら…

\[ \begin{align} \delta_{\textsf{ATT}} & = (Y_{\textsf{treat}, \textsf{post}} - Y_{\textsf{treat}, \textsf{pre}}) - (Y_{\textsf{control}, \textsf{post}} - Y_{\textsf{control}, \textsf{pre}}) \\ & = (0.435 - 0.456) - (0.404 - 0.487) \\ & = (-0.021) - (-0.083) \\ & = 0.062 \end{align} \]
Difference-in-Differences(DD / DID / Diff-in-Diff / Dif-in-Dif)
同じ個体を複数回の観測したデータ
| 区 | 年 | 投票方式 | 投票率 |
|---|---|---|---|
| 東山区 | 2000 | 自書 | 45.6 |
| 東山区 | 2004 | 電子 | 43.5 |
| 北区 | 2000 | 自書 | 48.7 |
| 北区 | 2004 | 自書 | 40.4 |
一つ一つの個体は1回のみ登場する
| 個体 | 変数1 | 変数2 |
|---|---|---|
| 個体1 | 7.1 | 54.0 |
| 個体2 | 8.1 | 49.5 |
| 個体3 | 5.0 | 55.4 |
| 個体4 | 6.1 | 48.8 |
| 個体5 | 7.3 | 55.6 |
| 個体6 | 6.5 | 47.5 |
| 個体7 | 3.8 | 48.6 |
個体が4つ(個体1〜4)、時期が2期(2023年、2024年)の場合
| 個体 | 時期 | 変数1 | 変数2 |
|---|---|---|---|
| 個体1 | 2023年 | 1299 | 79 |
| 個体1 | 2024年 | 1266 | 90 |
| 個体2 | 2023年 | 1620 | 17 |
| 個体2 | 2024年 | 1653 | 15 |
| 個体3 | 2023年 | 1551 | 23 |
| 個体3 | 2024年 | 1585 | 23 |
| 個体4 | 2023年 | 1024 | 154 |
| 個体4 | 2024年 | 991 | 165 |
平均トレンドの仮定(parallel trend assumption)
\[ \underbrace{\mathbb{E}[Y^0_{i, \textsf{post}}|D_i = 1] - \mathbb{E}[Y^0_{i, \textsf{pre}}|D_i = 1]}_{\textsf{(A)}} = \underbrace{\mathbb{E}[Y^0_{i, \textsf{post}}|D_i = 0] - \mathbb{E}[Y^0_{i, \textsf{pre}}|D_i = 0]}_{\textsf{(B)}} \]
2つの個体、2期の場合
\[ y_{it} = \alpha + \delta (D_i \times P_t) + \beta D_{i} + \gamma P_{t} + \varepsilon_{it} \]
\[ y_{it} = 48.7 + 6.2 (D_i \times P_t) - 3.1 D_{i} - 8.3 P_{t} + \varepsilon_{it} \]
| Name | \(y_{it}\) | \(D_{i}\) | \(P_{t}\) | \(D_i \times P_t\) |
|---|---|---|---|---|
| 東山区 | 45.6 | 1 | 0 | 0 |
| 東山区 | 43.5 | 1 | 1 | 1 |
| 北区 | 48.7 | 0 | 0 | 0 |
| 北区 | 40.4 | 0 | 1 | 0 |
\[ \widehat{y}_{it} = \alpha + \delta (D_i \times P_t) + \beta D_{i} + \gamma P_{t} \]
二元配置固定効果モデル(two-way fixed effect model; TWFE)
\[ y_{it} = \alpha + \delta D_{it} + \gamma_i + \lambda_t + \varepsilon_{it} \]
lm()等)は過小評価される


\[ y_{it} = \alpha + \delta D_{it} + \gamma_i + \lambda_t + \textcolor{red}{\gamma_i t} + \varepsilon_{it} \]
\[ y_{it} = \alpha + \delta D_{it} + \gamma_i + \lambda_t + \textcolor{red}{\eta X_{it}} + \varepsilon_{it} \]
\[ y_{it} = \alpha + \delta D_{it} + \gamma_i + \lambda_t + \textcolor{red}{\gamma_i t} + \textcolor{red}{\eta X_{it}} + \varepsilon_{it} \]
トレンド変数と個体ダミー変数の交差項を投入
| ID | 区 | 年 | 北区 | 東山区 | 西京区 | 1996年 | 2000年 | 2004年 | 電子投票 | 投票率 | トレンド |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 北区 | 1996 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0.447 | 1 |
| 2 | 東山区 | 1996 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0.430 | 1 |
| 3 | 西京区 | 1996 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0.407 | 1 |
| 4 | 北区 | 2000 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0.487 | 2 |
| 5 | 東山区 | 2000 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0.456 | 2 |
| 6 | 西京区 | 2000 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0.460 | 2 |
| 7 | 北区 | 2004 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0.404 | 3 |
| 8 | 東山区 | 2004 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0.435 | 3 |
| 9 | 西京区 | 2004 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0.381 | 3 |
線形回帰モデル(二元配置固定効果モデル)
fect()、{fixest}のfeols()、{estimatr}のlm_robust()など特定のできごと(政策の導入、法改正、災害など)が起きた(または直前の)タイミングを基準とし、その「前」と「後」の各時点における効果の動的な変化を追跡・可視化する分析手法
| i | t | D | Y |
|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 0 | 4 |
| 1 | 2 | 0 | 3 |
| 1 | 3 | 0 | 3 |
| 1 | 4 | 0 | 4 |
| 2 | 1 | 0 | 3 |
| 2 | 2 | 0 | 2 |
| 2 | 3 | 1 | 5 |
| 2 | 4 | 1 | 6 |
| 3 | 1 | 0 | 4 |
| 3 | 2 | 0 | 3 |
| i | t | D | Y | D1 | D2 | D3 | D4 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 0 | 4 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 2 | 0 | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 3 | 0 | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 4 | 0 | 4 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 1 | 0 | 3 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 2 | 0 | 2 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 2 | 3 | 1 | 5 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 2 | 4 | 1 | 6 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 3 | 1 | 0 | 4 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 3 | 2 | 0 | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
2000年をベースライン(\(\widehat{\sf{ATT}}\) = 0)にしたイベント・スタディ
\[ y_{it} = \alpha + \delta D_{\sf{1989}, it} + \delta D_{\sf{1993}, it} + \delta D_{\sf{1996}, it} + \delta D_{\sf{2004}, it} + \delta D_{\sf{2008}, it} + \gamma_i + \lambda_t + \varepsilon_{it} \]
並行トレンドの仮定が満たされていないことは確認するための検定1
| 通常のデータ | プラセボ | |
|---|---|---|
| 注:カッコ内は標準誤差 | ||
| eVote | 0.046(0.010)*** | -0.010(0.010) |
| Num.Obs. | 50 | 40 |
| 区固定効果 | Yes | Yes |
| 年固定効果 | Yes | Yes |
| 通常のデータ | プラセボ | |
|---|---|---|
| 注:カッコ内は標準誤差 | ||
| eVote | 0.046(0.010)*** | -0.011(0.011) |
| Num.Obs. | 50 | 45 |
| 区固定効果 | Yes | Yes |
| 年固定効果 | Yes | Yes |
| 通常のデータ | プラセボ | |
|---|---|---|
| 注:カッコ内は標準誤差 | ||
| eVote | 0.046(0.010)*** | -0.003(0.011) |
| Num.Obs. | 50 | 36 |
| 区固定効果 | Yes | Yes |
| 年固定効果 | Yes | Yes |
処置の反転(treatment reversal):処置状態が0 \(\rightarrow\) 1 \(\rightarrow\) 0のように変化するケース
Synthetic Control Method


統一(1990年)までのトレンドが類似(しているように見える)
統一するまでのトレンドがほぼ一致
| 年 | 西ドイツ | 反事実 | 差分 | 累積 |
|---|---|---|---|---|
| 1960 | 2,284 | 2,285 | −1 | |
| 1961 | 2,388 | 2,374 | 14 | |
| 1962 | 2,527 | 2,518 | 9 | |
| 1963 | 2,610 | 2,628 | −18 | |
| ... | ... | ... | ... | ... |
| 1988 | 17,786 | 17,902 | −116 | |
| 1989 | 18,994 | 19,041 | −47 | -47 |
| 1990 | 20,465 | 20,152 | 313 | 266 |
| 1991 | 21,602 | 20,959 | 643 | 909 |
| 1992 | 22,154 | 21,711 | 443 | 1353 |
| 1993 | 21,878 | 22,298 | −420 | 932 |
| 1994 | 22,371 | 23,395 | −1,024 | -92 |
| ... | ... | ... | ... | ... |
| 2001 | 27,449 | 31,832 | −4,383 | -19166 |
| 2002 | 28,348 | 32,658 | −4,310 | -23476 |
| 2003 | 28,855 | 33,485 | −4,630 | -28105 |
差分の差分法