时间序列模型ppt课件.ppt
《时间序列模型ppt课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《时间序列模型ppt课件.ppt(138页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、2023年3月20日星期一,时间序列模型课件,第十二章 时间序列模型,12.1 时间序列定义12.2 时间序列模型的分类 12.3 时间序列模型的建立12.4 时间序列模型的识别12.5 时间序列模型的估计12.6 时间序列模型的检验12.7 时间序列模型的预测12.8 案例分析12.9 回归与ARMA组合模型,时间序列分析方法由Box-Jenkins(1976)提出。这种建模方法不以经济理论为依据,而是依据变量自身的变化规律,利用外推机制描述时间序列的变化。注意序列的平稳性。如果时间序列非平稳,应先通过差分使其平稳后,再建立时间序列模型。估计ARMA模型方法是极大似然法。对于给定的时间序列,
2、模型形式的选择通常并不是惟一的。在实际建模过程中经验越丰富,模型形式选择就越准确合理。,ARIMA模型的特点,让数据自己说话,(第3版282页),当代计量经济模型体系,12.1 时间序列定义,一、随机过程与时间序列二、平稳性三、非平稳性四、补充:差分算子与滞后算子五、两种基本的随机过程:白噪声和随机游走,随机过程:随时间由随机变量组成的一个有序序列称为随机过程,用xt,tT表示,简记为xt或xt。时间序列:随机过程的一次观测结果(一次实现),时间序列中的元素称为观测值。时间序列也用xt,tT表示,简记为xt或xt。,假设样本观测值 来自无穷随机变量序列 那么这个无穷随机序列称为随机过程。,一、
3、随机过程与时间序列,(第3版282页),随机过程与时间序列的关系,协方差平稳过程(covariance stationary process),如果一个随机过程xt满足以下性质,(1)均值:E(xt)=(常数)(2)方差:var(xt)=2(常数)(3)自协方差:k=E(xt-)(xt+k-)=k 2(一种更为简便的方法是用自相关系数来描述自协方差,即通过自协方差除以方差进行标准化后而得到k=rk/r0。)这时称xt是协方差平稳过程,也称宽平稳或弱平稳过程。,平稳过程指随机过程的统计规律不随时间的推移而发生变化。直观上,平稳的时间序列可看作一条围绕均值上下波动的曲线。,二、平稳性(statio
4、nary),单整过程(unit root process),三、非平稳性(non-stationary),非平稳过程指随机过程的统计规律随着时间的推移而发生变化。这些非平稳的时间序列经过差分变化以后,可以转变为平稳的。,对于随机过程,如果必须经过d次差分之后才能变换成为一个平稳的过程,而当进行d-1次差分后仍是一个非平稳过程,则称此随机过程具有d 阶单整性,记为,检验时间序列的平稳性是建模的基础!,差分指时间序列变量的本期值与其滞后值相减的运算。一阶差分可表示为:xt-xt-1=xt=(1-L)xt=xt-L xt 其中 称为一阶差分算子;滞后算子:用L表示 定义一阶滞后算子为:Lxt=xt-
5、1 k阶滞后算子定义为:Ln xt=xt-n,四、补充:差分算子与滞后算子,1.白噪声(white noise)过程 若随机过程xt(tT)满足以下条件则称为白噪声过程(1)E(xt)=0(2)Var(xt)=2,tT(3)Cov(xt,xt-k)=0,(t-k)T,k 0,五、两种基本的随机过程,a.由白噪声过程产生的时间序列 b.日元对美元汇率的收益率,白噪声是平稳的随机过程 经典线性回归对残差的要求是一个白噪声过程,(第3版283页),2.随机游走(random walk)过程 对于xt=xt-1+ut,若ut 为白噪声过程,称xt 为随机游走过程。随机游走过程的均值为零,方差为无限大。
6、xt=xt-1+ut=ut+ut-1+xt-2=ut+ut-1+ut-2+(1)E(xt)=E(ut+ut-1+ut-2+)=0,(2)Var(xt)=Var(ut+ut-1+ut-2+)=随机游走过程是非平稳的随机过程。对随机游走进行一阶差分,可将其转化为平稳过程。xt=xt-xt-1=ut,e.由随机游走过程产生时间序列 f.日元对美元汇率,(第3版291页),12.2 时间序列模型的分类,一、自回归过程AR(p)二、移动平均过程MA(q)三、自回归移动平均过程ARMA(p,q)四、单整自回归移动平均过程ARIMA(p,d,q),一、自回归过程AR(p),1.p阶自回归过程 AR(p)xt
7、=1xt-1+2 xt-2+p xt-p+ut 其中:i,i=1,p 是自回归参数,ut 是白噪声过程。xt是由它的p个滞后变量的加权和以及ut相加而成。上式用滞后算子表示为:(1-1L-2L2-pLp)xt=L)xt=ut L)=1-1L-2L2-pLp 称为特征多项式或自回归算子,平稳性:若特征方程 z)=1-1z-2z2-pzp=(1G1z)(1G2z).(1Gpz)=0 的所有根的绝对值都大于1,则AR(p)是一个平稳的随机过程。,自回归过程的变量xt,仅仅依赖于它的各个前期的值再加上一个误差项。,之所以称之为特征方程,是因为它的根决定了过程 xt的特征。,(第3版284页),(第3版
8、284页),2.AR(1)过程分析,xt=1xt-1+ut 平稳性的条件是特征方程(1-1L)=0根的绝对值必须大于1,满足|1/1|1,也就是|1|1 xt=ut+1ut-1+12xt-2=ut+1ut-1+12ut-2+(短记忆过程)因为ut 是一个白噪声过程,所以对于平稳的AR(1)过程:E(xt)=0 Var(xt)=u2+12 u2+14u2+=上式说明若保证xt平稳,必须保证|1|1。,中国旅游人数差分序列,(第3版284页),在Equation specification对话框输入:D(Y)C AR(1),(第3版286页),习 题1,为了验证这一性质,首先将yt-1用滞后算子表
9、示Lyt yt=Lyt+ut yt-Lyt=ut(1-L)yt=ut 特征方程为:1-z=0其中有根z=1落在单位圆上,而不是单位圆之外。该过程是非平稳的,它是随机游走过程。,下面的模型是平稳的吗?yt=yt-1+ut,xt=1xt-1+2xt-2+ut 平稳性的条件是特征方程1-1L-2L2=0的两个根在单位圆外:,3.AR(2)过程分析,2+1 1 2-1 1|2|1,解得:,(第3版286页),4.AR(p)的平稳性条件,(1)AR(p)平稳性的必要条件是(p个自回归系数之和小于1):1+2+p1(2)AR(p)平稳性的充分条件是特征方程的根在单位圆之外。,判断根的可能情况,1.q阶移动
10、平均过程 MA(q)xt=ut+1ut 1+2ut-2+qut q=(1+1L+2L2+qLq)ut=L)ut 其中:1,2,q是回归参数,ut为白噪声过程。xt是由q+1个ut和ut滞后项的加权和构造而成。“移动”是指随着时间t而变化,“平均”是指加权和之意。任何一个MA(q)都是由q+1个白噪声变量的加权和组成,所以任何一个移动平均过程都是平稳的。与移动平均过程相联系的一个重要概念是可逆性。,二、移动平均模型MA(q),对于一个移动平均模型,yt仅仅是白噪声过程的线性组合,所以依赖于当期和先前时期的白噪声扰动项的值。,(第3版286页),移动过程具有可逆性的条件是:,可逆性条件防止了在AR
11、()下出现的发散性。,(第3版287页),2.MA(q)的可逆性条件,移动平均过程具有可逆性的条件是特征方程:z)=(1+1z+2z2+qzq)=0的全部根的绝对值必须大于1。注意:对于无限阶的移动平均过程 xt=ut+1ut 1+2ut-2+qutq+=ut(1+1 L+2 L2+)方差为:Var(xt)=很明显,虽然有限阶MA过程都是平稳的,但对于无限阶MA过程还须另加约束条件才能保证其平稳性,即xt的方差必须 为有限值,该条件为:,(第3版288页),3.MA(1)过程分析,xt=(1+1L)ut 具有可逆性的条件是(1+1L)=0的根在单位圆之外,即|1/1|1,或|1|1。当|1|1
12、时,MA(1)过程应变换为 ut=(1+1L)1xt=(1-1L+12L2-13L3+)xt 这是一个无限阶的以几何衰减为权数的自回归过程。对于MA(1)过程有 E(xt)=E(ut)+E(1ut-1)=0 Var(xt)=Var(ut)+Var(1ut1)=(1+12)u2,(第3版288页),(第3版287页),不同参数的移动平均过程:,4.自回归与移动平均过程的关系,(1)一个平稳的AR(p)过程:(1-1L-2L2-pLp)xt=ut 可以转换为一个无限阶的移动平均过程:xt=(1-1L-2L2-pLp)-1ut=L)-1ut(2)一个可逆的MA(p)过程:xt=(1+1L+2L2+q
13、Lq)ut=L)ut 可以转换成一个无限阶的自回归过程:(1+1L+2L2+qLq)-1xt=L)-1xt=ut(3)对于AR(p)过程只需考虑平稳性问题,条件是 L)=0的根(绝对值)必须大于1。不必考虑可逆性问题。(4)对于MA(q)过程只需考虑可逆性问题,条件是L)=0的根(绝对值)必须大于1,不必考虑平稳性问题。,自回归移动平均(autoregressive moving average)过程:其平稳性依赖于自回归部分:(L)=0的根全部在单位圆之外。其可逆性依赖于移动平均部分:(L)=0的根全部在单位圆之外。实际中最常用的是ARMA(1,1)过程:xt-1xt-1=ut+1ut-1(
14、1-1L)xt=(1+1L)ut只有当 1 1 1和 1 1 1时,上述模型才是平稳的,可逆的。,xt=1xt-1+2xt-2+pxt-p+t-1t-1-2t-2-qt-q,三、自回归移动平均过程ARMA(p,q),(第3版288页),四、单整自回归移动平均过程ARIMA(p,d,q),根据ARMA特征方程(L)=0的根取值不同,分为三种情形:(1)若全部根取值在单位圆之外,则该过程是平稳的;(2)若某个根或全部根在单位圆之内,则该过程是强非平稳的。例如,xt=1.3 xt-1+ut(特征方程的根=1/1.3=0.77)上式两侧同减 xt-1得:xt=0.3 xt-1+ut(仍然非平稳)。(3
15、)如果特征方程的若干根取值恰好在单位圆上,则这种根称为 单位根,这种过程也是非平稳的。定义:假设一个随机过程含有d个单位根,其经过d次差分之后可以变换为一个平稳的自回归移动平均过程。则该随机过程被称为单整自回归移动平均过程ARIMA(p,d,q)。,(第3版290页),考虑随机过程的一般表达式:(L)d yt=(L)ut 其中(L)是平稳的自回归算子,(L)d为广义自回归算子,(L)是可逆的移动平均算子。若取xt=d yt,则上式可表示为:(L)xt=(L)ut 即yt 经过d 次差分后,可用一个平稳的、可逆的ARMA过程xt 表示,称yt 为单整(单积)自回归移动平均过程ARIMA(p,d,
16、q)。当p 0,d=0,q 0 时,当d=0,p=0,q 0 时当d=0,p 0,q=0 时,当 p=d=q=0时,,ARIMA变成ARMA(p,q)过程;,ARIMA变成MA(q)过程;,ARIMA变成 AR(p)过程;,ARIMA变成白噪声过程;,几种常见的非平稳随机过程(1)ARIMA(0,1,0)过程 yt=ut 其中 p=q=0,d=1(L)=1-1 L,(L)=1(2)ARIMA(0,1,1)过程 yt=ut+1ut1=(1+1L)ut 其中p=0,d=1,q=1,(L)=1,(L)=1+1 L(3)ARIMA(1,1,0)过程 yt-1yt 1=ut 其中 p=1,d=1,q=0
17、,(L)=1-1 L,(L)=1(4)ARIMA(1,1,1)过程 yt-1yt-1=ut+1ut-1 或(1-1L)yt=(1+1L)ut 其中 p=1,d=1,q=1,(L)=1-1 L,(L)=1+1L,建立时间序列ARIMA(p,d,q)模型流程图,12.3 时间序列模型的建立,(第3版302页),(第3版302页),(第3版301页),12.3 时间序列模型的建立与预测,1、如何识别?,估计结果为:Dyt=0.1429+0.6171(Dyt-1-0.1429)+vt(8.7)(5.4)R2=0.38,Q(10)=5.2,Q(k-p-q)=Q0.05(10-1-0-1)=15.5,2、
18、如何估计?,因为Q(10)=5.2 20.05(10-1-0)=16.9,故可以认为模型误差序列为非自相关序列。,模型参数都通过了显著性 t 检验。,残差序列的相关图和偏相关图,3、如何检验模型结果?,4、如何预测?,如何判别其是自回归过程还是移动平均过程?如何判别其过程的阶数呢?,所谓随机时间序列模型的识别,就是对于一个平稳的随机时间序列,找出生成它的合适的随机过程或模型,即判断该时间序列是遵循一个纯AR过程、还是遵循一个纯MA过程或ARMA过程。所使用的工具主要是:自相关函数(autocorrelation function,ACF)偏自相关函数(partial autocorrelati
19、on function,PACF),1.自相关函数定义 平稳随机过程xt 的期望为常数,即E(xt)=其方差也是常数:Var(xt)=E(xt-E(xt)2=E(xt-)2=x2 随机变量xt 与xt-k 的协方差即滞后k期的自协方差为:k=Cov(xt,xt-k)=E(xt-)(xt-k-)序列 k(k=0,1,K)称为xt 的自协方差函数。当k=0 时:0=Var(xt)=x2 自相关系数:当 k=0 时,有 0=1以滞后期k为变量的自相关系数列 k(k=0,1,K)称为自相关函数。,一、自相关函数(ACF),对于平稳序列有。当 1为正时,自相关函数按指数衰减至零,这种现象称为拖尾。当 1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 时间 序列 模型 ppt 课件

链接地址:https://www.31ppt.com/p-3763652.html