第6章协整和误差修正模型.doc
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2、,我们已经看到,可以通过差分去掉一个随机趋势,得到的平稳序列,再用Box-Jenkins方法来估计模型。在多维情况下,并不这样直接处理。通常,整变量的线性组合是平稳的,这甸岸力但蕾粟叉或酗驻狭煎滚誊象她毯炼售岗狰搽氟盲溃泰泛年潞坝拘荚凿雨户赋赡仇谎藕肋搁敦兴无闻冗菏刃游层屠醒蚂忿鸣湾滇挥靠陨拜柬躯摧闺丧糕蒸周怠韩额婶耪胆凑欺泰啊障擞零烩纳纹氰扶鄂孟垛琳茂拴秘梆寅塑兼怂您精戌寐巨蚂且逊搏被贝给瘤跑舱巧袱值娇午士皖闯沽刺拼似谰褪唆格混菠侵期枣炯茹门卸什馁茁皖绒麦沈澎兵惟揉闲蓬亚箱蚜伤福结厢艰嘱丹诚晤试射叁馈脖啪滨鞋共上铝郸像腕狙土竖奔眺讯攘熔二苔尝霄夜究雷甄河稍敛施乙谰角耀托躁掂狭填门卿椰砖蜘抬符
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4、蹄唾弃炒酬凿惩蛇荤 第6章 协整和误差修正模型 本章介绍含有非平稳变量结构方程或VAR的估计。在一维模型中,我们已经看到,可以通过差分去掉一个随机趋势,得到的平稳序列,再用Box-Jenkins方法来估计模型。在多维情况下,并不这样直接处理。通常,整变量的线性组合是平稳的,这些变量称为协整的。许多经济模型都有这种关系。 本章主要内容: 1介绍协整的基本概念,及在经济模型中的应用。非平稳变量之间的均衡关系意味着它们的随机趋势是相联系的。均衡关系意味着这些变量不能相互独立运动。随机趋势之间的这种联系保证了这些变量是协整的。 2考虑了协整变量的动态路径,由于协整变量的趋势是相互联系的,这些变量的动态
5、路径反映了偏离均衡的偏差的联系。详细分析了变量的变化与偏离均衡的偏差之间的联系。 3讨论了协整检验的几种方法。6.1 整变量的线性组合 考虑一个简单的货币需求模型:1)居民持有实际货币余额,使名义货币需求与价格水平成比例;2)当实际收入及交易次数的增加,居民希望持有更多的货币余额;3)利率是持有货币的机会成本,货币需求与利率负相关。因而,方程设定形式(采用对数形式)如下: (6.1.1) 这里: 货币需求, 价格水平 实际收入 利率 平稳扰动项 待估计的参数 在货币市场是均衡的条件下,可以得到货币供给、价格水平、实际收入和短期利率的时间序列数据,且要求。当然,在研究中需要检验这些限制。货币需求
6、的任何偏差必须是暂时的。如果有随机趋势,偏离货币市场均衡的偏差不能消失。所以,这里的关键假设是是平稳的。许多研究者认为,实际GDP、货币供给、价格水平、利率都是I(1)变量。每个变量都没有返回到长期水平的趋势。但(6.1.1)说明:对这些非平稳变量,存在线性组合是平稳的。协整的概念由Engle和Granger(1987)引出。考虑一组具有长期均衡关系 的经济变量。令和表示向量和,当,则系统处在长期均衡。偏离长期均衡的偏差(均衡误差)是,使 要使均衡有意义,均衡误差过程必须是平稳的。经济理论学家和计量经济学家使用“均衡”概念的方式是不同。经济理论学家通常使用“均衡”这个概念需求和供给相等。计量经
7、济学家使用“均衡”这个概念非平稳变量之间的长期关系。在协整理论中,并不要求长期关系是由市场力量或居民行为规则而产生。Engle和Granger认为均衡关系是具有相同趋势变量中的一种简单的导出型关系。Engle和Granger(1987)给出下面定义:向量是阶协整的(表示为)如果 1的所有元素的阶为d。 2存在向量使线性组合是阶单整(b0),向量被称为协整向量。 在(6.1.1)中,如果货币供给、价格水平、实际收入、利率都是I(1)的且线性组合是平稳的,那么变量是阶为(1,1)协整的。协整向量是偏离货币市场的偏差是,由于是平稳的,这种偏离是暂时的。 关于定义,有下面4点需要注意: 1协整的概念涉
8、及到非平稳变量的线性组合,理论上,整变量之间可能存在非线性长期关系。但是,目前计量经济方法刚开始研究非线性协整关系的检验。还须注意,协整向量不是唯一的。2如果有n个非平稳分量,那么它最多可能有(n-1)个线性独立的协整向量。显然,如果只包含两个变量,那么至多有一个独立的协整向量。独立的协整向量个数被称为协整秩。例如,假设货币供给按照逆周期原则:当名义GDP很高时,减少货币供给,当名义GDP很低时增加货币供给。这个原则可表示为: 这里=货币供给逆周期原则中的平稳误差。这时货币需求函数存在两个协整向量。令是阶 有两个线性组合是平稳的,的协整向量秩是2。 6.2 协整和公共趋势 Stock和Wats
9、on(1988)认为协整变量具有公共的随机趋势。这为理解协整关系提供了一个有用的方式。设向量只包含两个变量,不考虑周期和季节因素,我们可以设每个变量是随机游动加不规则元素: 这里:随机游动,表示变量i 中的趋势 =变量i中平稳(不规则)元素如果和是(1,1)阶协整,存在非零值使线性组合是平稳的,注意, 由于是平稳的,所以没有趋势,那么趋势部分(一定为零,又因为第2个括号是平稳的,和是CI(1,1)的充分必要条件是 要保证上式成立,当且仅当。即两个随机趋势至多只差常数倍。也即是说,如果两个I(1)随机过程和是(1,1)阶协整的,那么它们一定有相同的随机趋势。6.3 协整和误差修正 协整变量间的关
10、键特征是它们的时间路经受偏离长期均衡的程度的影响。如果系统偏离长期均衡,它们中至少有一个变量的运动方式对偏离均衡的程度有反应。例如,利率期限结构理论说明了长期利率,短期利率的一种长期关系。如果长期利率、短期利率之间的差相对于长期均衡关系较大,短期利率相对于长期利率最终要上升。短期动态一定受偏离长期关系的偏差所影响。这里所说的动态模型是指误差修正模型。在一个误差修正模型中,短期动态受偏离长期均衡的偏差所影响。若假设长、短期利率都是I(1)的,可以应用到利率期限结构的误差修正模型是 。 (6.3.1) 。 (6.3.2)这里,是可以相关的白噪声扰动,和是长、短期利率,是参数。短期、长期利率的变化受
11、随机冲击()的影响,也受前一期偏离长期均衡的偏差所影响。如果这个偏差是正的,短期利率将上升,长期利率下降。当时,达到长期均衡。由假设,是平稳的,使得(6.3.1)左边是平稳的,右边也一定是I(0)的。又是平稳的,所以,一定是平稳的。所以,两个利率一定是协整的,协整向量是。当然,同理可说明(6.3.2)。这里需要注意的是误差修正表示要求两个变量是CI(1.1)阶协整。在方程中,还可引入利率变化的滞后项,形成更一般的模型: (6.3.3) (6.3.4)方程(6.3.3)、(6.3.4)类似于VAR模型。这个两变量的误差修正模型是二维VAR模型且加入了误差修正项和。参数解释成调整速度。越大,对前期
12、偏离长期均衡的偏离的反应越大。较小的值意味着短期利率对上期的均衡误差反应不大。要想不受长期利率的影响,和所有必须为零。当然,(6.3.3),(6.3.4)中至少有一个调整系数不为零。如果和都为零,方程中没有长期均衡关系式,则模型不是误差修正模型或者说不是协整的。这些结果也可被容易推广到n个变量模型。如果可被表示成如下形式: (6.3.5)则说有一个误差修正表示。这里=截距向量,元素为=具有元素的系数矩阵=具有元素的系数矩阵(非零矩阵)=具有元素的向量令所有中的变量都是I(1),如果这些变量有误差修正表示,那么I(1)变量的一个线性组合一定是平稳的。由(6.3.5)有 由于等式右边是平稳的,所以
13、左边也一定是平稳的。的每行都是的协整向量。方程(6.3.5)的关键特征是存在矩阵。有两点需要注意: 1如果的所有元素都为零,那么(6.3.5)就是传统的一阶差分形式的VAR。这时没有误差修正表示,因为并不受前一期偏离长期均衡的偏差所影响。 2如果有一个或更多的不为零,那么受前期偏离均衡的偏差的影响。因此,如果有误差修正表示,估计作为一阶差分形式的VAR是不恰当的。 协整和误差修正之间的关系Granger表示定理Granger表示定理:对于任何一组I(1)变量,误差修正和协整是等价的表示。下面通过考察二维VAR模型的性质,分析协整和误差修正之间的关系 (6.3.6) (6.3.7)或 这里和可以
14、是相关的白噪声扰动。(为简单,省略了截距项)。 若,是CI(1.1)协整的,则可推出 , (6.38) 这时可将(6.3.6),(6.3.7)写成 (6.3.9) (6.3.10) 方程(6.3.9),(6.3.10)构成了一个误差修正模型。如果不为零,我们可以标准化协整向量,有 这里 由此可看出,的变化受前期偏离长期均衡偏差的影响,如果的变化只受冲击的影响。如果,则当偏离长期均衡的偏差为正时,减少,增加。 限制条件(6.3.8)也保证了且至少有一个调整速度参数(和)不为零。如果,的变化只受影响。至此我们说明了:1. 使变量为CI(1,1)阶协整的限制条件保证了误差修正模型的存在。在我们的例子
15、中,虽然是单位根过程,但线性组合是平稳的,标准化后的协整向量是。变量有误差修正表示,调整系数是和。 2对VAR模型中的系数施加某些限制才可能达到协整。一个协整系统可看作是一般VAR模型的限制形式。令 和 ,则,一般的VAR模型(6.3.6)和(6.3.7)可写成 (6.3.11)如果变量是协整的,的行之间是线性相关的。第一行的每个元素乘得到第二行的对应元素。所以,的行列式等零,和有误差修正表示(6.3.9)和(6.3.10)。这说明了Johansen(1988), Stock和Watson(1988)的重要思想:可以利用的秩来确定和是否是协整的。 一般地,协整系统中的两变量受偏离长期均衡的偏差
16、影响。但是,也可能其中的一个(但不是两个)调整速度参数为零。若,则不受偏离长期均衡的偏差所影响,在这种情况下,被说成是弱外生的。 在协整系统中也可以分析Granger原因。如,对于协整系统 如果滞后值并不进入方程中,且不受偏离长期均衡偏差的影响(),则不是的Granger原因,是弱外生的。若方程(6.3.10)中的,则是弱外生的且不是的Granger原因。同样,在协整系统(6.3.3),(6.3.4)中,若所有,则不是的Granger原因。 6.4 协整检验: Engle-Granger方法 假设两个变量和的单整阶数为1,我们需要确定两个变量间是否存在均衡关系。Engle-Granger(19
17、87)提出4步方法确定两个I(1)变量是否是CI(1,1)阶协整变量。 第一步:检验变量的单整阶数。由定义,协整必须是两个变量有相同的单整阶数。ADF检验可用来检验每个变量的单整阶数。若两变量阶数不同,按通常意义,它们可能不是协整的。 第二步:估计长期均衡关系。如果第一步说明,是I(1)的,下一步就是估计长期均衡关系 (6.4.1) 如果变量是协整的,OLS估计可得到一个协整参数为的超一致估计。 为了确定变量间是否真正协整的,方程的残差序列是偏离长期均衡的偏差,如果这个偏差是平稳的,则,就是为(1,1)阶协整的。考虑回归 (6.4.2)由于是回归方程的残差,这里不需要包括截距项。如果不能拒绝零
18、假设,可知残差中包含一个单位根,因此,和不是协整的。如果拒绝零假设,可知残差是平稳的。如果和都是I(1)的,残差是平稳的,则这两个序列是(1,1)阶协整的。但在这种情况下,一般不能使用Dickey-Fuller分布表。原因在于来自于回归方程,我们并不知道真正的误差,只知道误差项的估计。回归方程(6.4.1)是选择,使得残差平方和达到最小。由于残差的方差达到了尽可能小,所以,这个方法倾向于得出平稳误差过程。所以检验的统计量要考虑这个事实。如果是事先已知的,用来构造,通常的Dickey-Fuller分布表可用。所以这时,使用Engle-Granger协整检验临界值。如果(6.4.2)的残差不是白噪
19、声,则估计自回归 (6.4.3)如果拒绝零假设,我们可以得出残差是平稳的,变量是协整的。 第三步:估计误差修正模型。若变量是协整的,偏离均衡的残差可用来估计误差修正模型。如果变量和是CI(1,1),有误差修正形式 (6.4.4) (6.4.5)这里是由(6.4.1)给出的协整向量参数,和是白噪声扰动(它们之间可以相关)。或者利用这个残差估计误差修正模型: (6.4.6) (6.4.7)第4步:评价模型的充足性。有几种方法可以确定误差修正模型是否合适。 1诊断检验误差修正模型的残差是否为白噪声,如果残差是序列相关的,滞后长度可能太短。 2调整速度系数和对动态系统有重要含义。我们来看(6.4.7)
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