3.3時間序列分析3.3.1時間序列概述1. 基本概念(1)一般概念:系統(tǒng)中某一變量的觀測值按時間順序(時間間隔相同)排列成一個數(shù)值序列,展示研究對象在一定時期內(nèi)的變動過程,從中尋找和分析事物的變化特征、發(fā)展趨勢和規(guī)律。
它是系統(tǒng)中某一變量受其它各種因素影響的總結(jié)果。(2)研究實質(zhì):通過處理預(yù)測目標本身的時間序列數(shù)據(jù),獲得事物隨時間過程的演變特性與規(guī)律,進而預(yù)測事物的未來發(fā)展。
它不研究事物之間相互依存的因果關(guān)系。(3)假設(shè)基礎(chǔ):慣性原則。
即在一定條件下,被預(yù)測事物的過去變化趨勢會延續(xù)到未來。暗示著歷史數(shù)據(jù)存在著某些信息,利用它們可以解釋與預(yù)測時間序列的現(xiàn)在和未來。
近大遠小原理(時間越近的數(shù)據(jù)影響力越大)和無季節(jié)性、無趨勢性、線性、常數(shù)方差等。(4)研究意義:許多經(jīng)濟、金融、商業(yè)等方面的數(shù)據(jù)都是時間序列數(shù)據(jù)。
時間序列的預(yù)測和評估技術(shù)相對完善,其預(yù)測情景相對明確。 尤其關(guān)注預(yù)測目標可用數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量,即時間序列的長度和預(yù)測的頻率。
2. 變動特點(1)趨勢性:某個變量隨著時間進展或自變量變化,呈現(xiàn)一種比較緩慢而長期的持續(xù)上升、下降、停留的同性質(zhì)變動趨向,但變動幅度可能不等。(2)周期性:某因素由于外部影響隨著自然季節(jié)的交替出現(xiàn)高峰與低谷的規(guī)律。
(3)隨機性:個別為隨機變動,整體呈統(tǒng)計規(guī)律。(4)綜合性:實際變化情況一般是幾種變動的疊加或組合。
預(yù)測時一般設(shè)法過濾除去不規(guī)則變動,突出反映趨勢性和周期性變動。3. 特征識別認識時間序列所具有的變動特征,以便在系統(tǒng)預(yù)測時選擇采用不同的方法。
(1)隨機性:均勻分布、無規(guī)則分布,可能符合某統(tǒng)計分布。(用因變量的散點圖和直方圖及其包含的正態(tài)分布檢驗隨機性,大多數(shù)服從正態(tài)分布。)
(2)平穩(wěn)性:樣本序列的自相關(guān)函數(shù)在某一固定水平線附近擺動,即方差和數(shù)學期望穩(wěn)定為常數(shù)。 樣本序列的自相關(guān)函數(shù)只是時間間隔的函數(shù),與時間起點無關(guān)。
其具有對稱性,能反映平穩(wěn)序列的周期性變化。 特征識別利用自相關(guān)函數(shù)ACF:ρk=γk/γ0 其中γk是yt的k階自協(xié)方差,且ρ0=1、-1<ρk<1。
平穩(wěn)過程的自相關(guān)系數(shù)和偏自相關(guān)系數(shù)都會以某種方式衰減趨近于0,前者測度當前序列與先前序列之間簡單和常規(guī)的相關(guān)程度,后者是在控制其它先前序列的影響后,測度當前序列與某一先前序列之間的相關(guān)程度。實際上,預(yù)測模型大都難以滿足這些條件,現(xiàn)實的經(jīng)濟、金融、商業(yè)等序列都是非穩(wěn)定的,但通過數(shù)據(jù)處理可以變換為平穩(wěn)的。
4. 預(yù)測類型(1)點預(yù)測:確定唯一的最好預(yù)測數(shù)值,其給出了時間序列未來發(fā)展趨勢的一個簡單、直接的結(jié)果。但常產(chǎn)生一個非零的預(yù)測誤差,其不確定程度為點預(yù)測值的置信區(qū)間。
(2)區(qū)間預(yù)測:未來預(yù)測值的一個區(qū)間,即期望序列的實際值以某一概率落入該區(qū)間范圍內(nèi)。區(qū)間的長度傳遞了預(yù)測不確定性的程度,區(qū)間的中點為點預(yù)測值。
(3)密度預(yù)測:序列未來預(yù)測值的一個完整的概率分布。根據(jù)密度預(yù)測,可建立任意置信水平的區(qū)間預(yù)測,但需要額外的假設(shè)和涉及復(fù)雜的計算方法。
5. 基本步驟(1)分析數(shù)據(jù)序列的變化特征。(2)選擇模型形式和參數(shù)檢驗。
(3)利用模型進行趨勢預(yù)測。(4)評估預(yù)測結(jié)果并修正模型。
3.3.2隨機時間序列系統(tǒng)中某一因素變量的時間序列數(shù)據(jù)沒有確定的變化形式,也不能用時間的確定函數(shù)描述,但可以用概率統(tǒng)計方法尋求比較合適的隨機模型近似反映其變化規(guī)律。(自變量不直接含有時間變量,但隱含時間因素)1. 自回歸AR(p)模型(R:模型的名稱 P:模型的參數(shù))(自己影響自己,但可能存在誤差,誤差即沒有考慮到的因素)(1)模型形式(εt越小越好,但不能為0:ε為0表示只受以前Y的歷史的影響不受其他因素影響) yt=φ1yt-1+φ2yt-2+……+φpyt-p+εt 式中假設(shè):yt的變化主要與時間序列的歷史數(shù)據(jù)有關(guān),與其它因素無關(guān); εt不同時刻互不相關(guān),εt與yt歷史序列不相關(guān)。
式中符號:p模型的階次,滯后的時間周期,通過實驗和參數(shù)確定;yt當前預(yù)測值,與自身過去觀測值yt-1、…、yt-p是同一序列不同時刻的隨機變量,相互間有線性關(guān)系,也反映時間滯后關(guān)系;yt-1、yt-2、……、yt-p同一平穩(wěn)序列過去p個時期的觀測值;φ1、φ2、……、φp自回歸系數(shù),通過計算得出的權(quán)數(shù),表達yt依賴于過去的程度,且這種依賴關(guān)系恒定不變;εt隨機干擾誤差項,是0均值、常方差σ2、獨立的白噪聲序列,通過估計指定的模型獲得。(2)識別條件 當k>p時,有φk=0或φk服從漸近正態(tài)分布N(0,1/n)且(|φk|>2/n1/2)的個數(shù)≤4.5%,即平穩(wěn)時間序列的偏相關(guān)系數(shù)φk為p步截尾,自相關(guān)系數(shù)rk逐步衰減而不截尾,則序列是AR(p)模型。
實際中,一般AR過程的ACF函數(shù)呈單邊遞減或阻尼振蕩,所以用PACF函數(shù)判別(從p階開始的所有偏自相關(guān)系數(shù)均為0)。(3)平穩(wěn)條件 一階:|φ1|<1。
二階:φ1+φ2<1、φ1-φ2<1、|φ2|<1。φ越大,自回歸過程的波動影響越持久。
(4)模型意義 僅通過時間序列變量的自身歷史觀測值來反映有關(guān)因素對預(yù)測目標的影響和作用,不受模型變量相互獨立的假設(shè)條件約束,所構(gòu)成的模型可以消除普通回歸預(yù)測方法中。
原發(fā)布者:醫(yī)學之眼
時間序列分析及其SPSS操作教師:韓艷敏電話:13676798448(668448)一、時間序列分析概述時間序列是按時間順序排列的、隨時間變化且相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)序列。分析時間序列的方法構(gòu)成數(shù)據(jù)分析的一個重要領(lǐng)域,即時間序列分析.時間序列根據(jù)所研究的依據(jù)不同,可有不同的分類1.按研究對象多少分:一元時間序列和多元時間序列;2.按時間連續(xù)性分:離散時間序列和連續(xù)時間序列;3.按序列的統(tǒng)計特性分:平穩(wěn)時間序列和非平穩(wěn)時間序列;4.按時間序列分布規(guī)律分:高斯型和非高斯型時間序列.時間序列國內(nèi)生產(chǎn)總值等時間序列年份國內(nèi)生產(chǎn)總值年末總?cè)丝谌丝谧匀辉鲩L率居民消費水平(億元)(萬人)(‰)(元).921617.826638.134634.446759.458478.167884.674772.479552..3912.9811.6011.4511.2110.5510.4210.069.主要內(nèi)容:?平穩(wěn)時間序列分析時—間序Bo列x分-J析en發(fā)k展in的s兩(1個97階6段)?非平穩(wěn)時間序列分析—Engle-Granger(1987)?時間序列模型不同于經(jīng)濟計量模型的兩個特點是:-這種建模方法不以經(jīng)濟理論為依據(jù),而是依據(jù)變量自身的變化規(guī)律,利用外推機制描述時間序列的變化。-明確考慮時間序列的平穩(wěn)性。如果時間序列非平穩(wěn),建立模型之前應(yīng)先通過差分或者
3.3時間序列分析 3.3.1時間序列概述 1. 基本概念 (1)一般概念:系統(tǒng)中某一變量的觀測值按時間順序(時間間隔相同)排列成一個數(shù)值序列,展示研究對象在一定時期內(nèi)的變動過程,從中尋找和分析事物的變化特征、發(fā)展趨勢和規(guī)律。
它是系統(tǒng)中某一變量受其它各種因素影響的總結(jié)果。 (2)研究實質(zhì):通過處理預(yù)測目標本身的時間序列數(shù)據(jù),獲得事物隨時間過程的演變特性與規(guī)律,進而預(yù)測事物的未來發(fā)展。
它不研究事物之間相互依存的因果關(guān)系。 (3)假設(shè)基礎(chǔ):慣性原則。
即在一定條件下,被預(yù)測事物的過去變化趨勢會延續(xù)到未來。暗示著歷史數(shù)據(jù)存在著某些信息,利用它們可以解釋與預(yù)測時間序列的現(xiàn)在和未來。
近大遠小原理(時間越近的數(shù)據(jù)影響力越大)和無季節(jié)性、無趨勢性、線性、常數(shù)方差等。 (4)研究意義:許多經(jīng)濟、金融、商業(yè)等方面的數(shù)據(jù)都是時間序列數(shù)據(jù)。
時間序列的預(yù)測和評估技術(shù)相對完善,其預(yù)測情景相對明確。 尤其關(guān)注預(yù)測目標可用數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量,即時間序列的長度和預(yù)測的頻率。
2. 變動特點 (1)趨勢性:某個變量隨著時間進展或自變量變化,呈現(xiàn)一種比較緩慢而長期的持續(xù)上升、下降、停留的同性質(zhì)變動趨向,但變動幅度可能不等。 (2)周期性:某因素由于外部影響隨著自然季節(jié)的交替出現(xiàn)高峰與低谷的規(guī)律。
(3)隨機性:個別為隨機變動,整體呈統(tǒng)計規(guī)律。 (4)綜合性:實際變化情況一般是幾種變動的疊加或組合。
預(yù)測時一般設(shè)法過濾除去不規(guī)則變動,突出反映趨勢性和周期性變動。 3. 特征識別 認識時間序列所具有的變動特征,以便在系統(tǒng)預(yù)測時選擇采用不同的方法。
(1)隨機性:均勻分布、無規(guī)則分布,可能符合某統(tǒng)計分布。(用因變量的散點圖和直方圖及其包含的正態(tài)分布檢驗隨機性,大多數(shù)服從正態(tài)分布。)
(2)平穩(wěn)性:樣本序列的自相關(guān)函數(shù)在某一固定水平線附近擺動,即方差和數(shù)學期望穩(wěn)定為常數(shù)。 樣本序列的自相關(guān)函數(shù)只是時間間隔的函數(shù),與時間起點無關(guān)。
其具有對稱性,能反映平穩(wěn)序列的周期性變化。 特征識別利用自相關(guān)函數(shù)ACF:ρk=γk/γ0 其中γk是yt的k階自協(xié)方差,且ρ0=1、-1<ρk<1。
平穩(wěn)過程的自相關(guān)系數(shù)和偏自相關(guān)系數(shù)都會以某種方式衰減趨近于0,前者測度當前序列與先前序列之間簡單和常規(guī)的相關(guān)程度,后者是在控制其它先前序列的影響后,測度當前序列與某一先前序列之間的相關(guān)程度。 實際上,預(yù)測模型大都難以滿足這些條件,現(xiàn)實的經(jīng)濟、金融、商業(yè)等序列都是非穩(wěn)定的,但通過數(shù)據(jù)處理可以變換為平穩(wěn)的。
4. 預(yù)測類型 (1)點預(yù)測:確定唯一的最好預(yù)測數(shù)值,其給出了時間序列未來發(fā)展趨勢的一個簡單、直接的結(jié)果。但常產(chǎn)生一個非零的預(yù)測誤差,其不確定程度為點預(yù)測值的置信區(qū)間。
(2)區(qū)間預(yù)測:未來預(yù)測值的一個區(qū)間,即期望序列的實際值以某一概率落入該區(qū)間范圍內(nèi)。區(qū)間的長度傳遞了預(yù)測不確定性的程度,區(qū)間的中點為點預(yù)測值。
(3)密度預(yù)測:序列未來預(yù)測值的一個完整的概率分布。根據(jù)密度預(yù)測,可建立任意置信水平的區(qū)間預(yù)測,但需要額外的假設(shè)和涉及復(fù)雜的計算方法。
5. 基本步驟 (1)分析數(shù)據(jù)序列的變化特征。 (2)選擇模型形式和參數(shù)檢驗。
(3)利用模型進行趨勢預(yù)測。 (4)評估預(yù)測結(jié)果并修正模型。
3.3.2隨機時間序列 系統(tǒng)中某一因素變量的時間序列數(shù)據(jù)沒有確定的變化形式,也不能用時間的確定函數(shù)描述,但可以用概率統(tǒng)計方法尋求比較合適的隨機模型近似反映其變化規(guī)律。(自變量不直接含有時間變量,但隱含時間因素) 1. 自回歸AR(p)模型 (R:模型的名稱 P:模型的參數(shù))(自己影響自己,但可能存在誤差,誤差即沒有考慮到的因素) (1)模型形式(εt越小越好,但不能為0:ε為0表示只受以前Y的歷史的影響不受其他因素影響) yt=φ1yt-1+φ2yt-2+……+φpyt-p+εt 式中假設(shè):yt的變化主要與時間序列的歷史數(shù)據(jù)有關(guān),與其它因素無關(guān); εt不同時刻互不相關(guān),εt與yt歷史序列不相關(guān)。
式中符號:p模型的階次,滯后的時間周期,通過實驗和參數(shù)確定; yt當前預(yù)測值,與自身過去觀測值yt-1、…、yt-p是同一序列不同時刻的隨機變量,相互間有線性關(guān)系,也反映時間滯后關(guān)系; yt-1、yt-2、……、yt-p同一平穩(wěn)序列過去p個時期的觀測值; φ1、φ2、……、φp自回歸系數(shù),通過計算得出的權(quán)數(shù),表達yt依賴于過去的程度,且這種依賴關(guān)系恒定不變; εt隨機干擾誤差項,是0均值、常方差σ2、獨立的白噪聲序列,通過估計指定的模型獲得。 (2)識別條件 當k>p時,有φk=0或φk服從漸近正態(tài)分布N(0,1/n)且(|φk|>2/n1/2)的個數(shù)≤4.5%,即平穩(wěn)時間序列的偏相關(guān)系數(shù)φk為p步截尾,自相關(guān)系數(shù)rk逐步衰減而不截尾,則序列是AR(p)模型。
實際中,一般AR過程的ACF函數(shù)呈單邊遞減或阻尼振蕩,所以用PACF函數(shù)判別(從p階開始的所有偏自相關(guān)系數(shù)均為0)。 (3)平穩(wěn)條件 一階:|φ1|<1。
二階:φ1+φ2<1、φ1-φ2<1、|φ2|<1。φ越大,自回歸過程的波動影響越持久。
(4)模型意義 僅通過時間序列變量的自身歷史觀測值來反映有關(guān)因素對預(yù)測目標的影響和作用,不受模型變量相互獨立的假設(shè)條件約束,所構(gòu)成的模型可以消除普通回歸預(yù)測方法中由于自變量選擇、多重共線性等造成的。
1、時間序列 取自某一個隨機過程,如果此隨機過程的隨機特征不隨時間變化,則我們稱過程是平穩(wěn)的;假如該隨機過程的隨機特征隨時間變化,則稱過程是非平穩(wěn)的。
2、寬平穩(wěn)時間序列的定義:設(shè)時間序列 ,對于任意的 , 和 ,滿足: 則稱 寬平穩(wěn)。 3、Box-Jenkins方法是一種理論較為完善的統(tǒng)計預(yù)測方法。
他們的工作為實際工作者提供了對時間序列進行分析、預(yù)測,以及對ARMA模型識別、估計和診斷的系統(tǒng)方法。使ARMA模型的建立有了一套完整、正規(guī)、結(jié)構(gòu)化的建模方法,并且具有統(tǒng)計上的完善性和牢固的理論基礎(chǔ)。
4、ARMA模型三種基本形式:自回歸模型(AR:Auto-regressive),移動平均模型(MA:Moving-Average)和混合模型(ARMA:Auto-regressive Moving-Average)。 (1) 自回歸模型AR(p):如果時間序列 滿足 其中 是獨立同分布的隨機變量序列,且滿足: , 則稱時間序列 服從p階自回歸模型。
或者記為 。 平穩(wěn)條件:滯后算子多項式 的根均在單位圓外,即 的根大于1。
(2) 移動平均模型MA(q):如果時間序列 滿足 則稱時間序列 服從q階移動平均模型?;蛘哂洖?。
平穩(wěn)條件:任何條件下都平穩(wěn)。 (3) ARMA(p,q)模型:如果時間序列 滿足 則稱時間序列 服從(p,q)階自回歸移動平均模型。
或者記為 。 特殊情況:q=0,模型即為AR(p),p=0, 模型即為MA(q)。
二、時間序列的自相關(guān)分析 1、自相關(guān)分析法是進行時間序列分析的有效方法,它簡單易行、較為直觀,根據(jù)繪制的自相關(guān)分析圖和偏自相關(guān)分析圖,我們可以初步地識別平穩(wěn)序列的模型類型和模型階數(shù)。利用自相關(guān)分析法可以測定時間序列的隨機性和平穩(wěn)性,以及時間序列的季節(jié)性。
2、自相關(guān)函數(shù)的定義:滯后期為k的自協(xié)方差函數(shù)為: ,則 的自相關(guān)函數(shù)為: ,其中 。當序列平穩(wěn)時,自相關(guān)函數(shù)可寫為: 。
3、樣本自相關(guān)函數(shù)為: ,其中 ,它可以說明不同時期的數(shù)據(jù)之間的相關(guān)程度,其取值范圍在-1到1之間,值越接近于1,說明時間序列的自相關(guān)程度越高。 4、樣本的偏自相關(guān)函數(shù): 其中, 。
5、時間序列的隨機性,是指時間序列各項之間沒有相關(guān)關(guān)系的特征。使用自相關(guān)分析圖判斷時間序列的隨機性,一般給出如下準則: ①若時間序列的自相關(guān)函數(shù)基本上都落入置信區(qū)間,則該時間序列具有隨機性; ②若較多自相關(guān)函數(shù)落在置信區(qū)間之外,則認為該時間序列不具有隨機性。
6、判斷時間序列是否平穩(wěn),是一項很重要的工作。運用自相關(guān)分析圖判定時間序列平穩(wěn)性的準則是:①若時間序列的自相關(guān)函數(shù) 在k>3時都落入置信區(qū)間,且逐漸趨于零,則該時間序列具有平穩(wěn)性;②若時間序列的自相關(guān)函數(shù)更多地落在置信區(qū)間外面,則該時間序列就不具有平穩(wěn)性。
7、ARMA模型的自相關(guān)分析 AR(p)模型的偏自相關(guān)函數(shù) 是以p步截尾的,自相關(guān)函數(shù)拖尾。MA(q)模型的自相關(guān)函數(shù)具有q步截尾性,偏自相關(guān)函數(shù)拖尾。
這兩個性質(zhì)可以分別用來識別自回歸模型和移動平均模型的階數(shù)。ARMA(p,q)模型的自相關(guān)函數(shù)和偏相關(guān)函數(shù)都是拖尾的。
三、單位根檢驗和協(xié)整檢驗 1、單位根檢驗 ①利用迪基—福勒檢驗( Dickey-Fuller Test)和菲利普斯—佩榮檢驗(Philips-Perron Test),我們也可以測定時間序列的隨機性,這是在計量經(jīng)濟學中非常重要的兩種單位根檢驗方法,與前者不同的事,后一個檢驗方法主要應(yīng)用于一階自回歸模型的殘差不是白噪聲,而且存在自相關(guān)的情況。 ②隨機游動 如果在一個隨機過程中, 的每一次變化均來自于一個均值為零的獨立同分布,即隨機過程 滿足: , ,其中 獨立同分布,并且: , 稱這個隨機過程是隨機游動。
它是一個非平穩(wěn)過程。 ③單位根過程 設(shè)隨機過程 滿足: , ,其中 , 為一個平穩(wěn)過程并且 ,,。
2、協(xié)整關(guān)系 如果兩個或多個非平穩(wěn)的時間序列,其某個現(xiàn)性組合后的序列呈平穩(wěn)性,這樣的時間序列間就被稱為有協(xié)整關(guān)系存在。這是一個很重要的概念,我們利用Engle-Granger兩步協(xié)整檢驗法和J 很高興回答樓主的問題 如有錯誤請見諒。
spss如何做主成分分析 主成分分析的主要原理是尋找一個適當?shù)木€性變換: ?將彼此相關(guān)的變量轉(zhuǎn)變?yōu)楸舜霜毩⒌男伦兞浚??方差較大的幾個新變量就能綜合反應(yīng)原多個變量所包含的主要信息; ?新變量各自帶有獨特的專業(yè)含義。
住成分分析的作用是: ?減少指標變量的個數(shù) ?解決多重相關(guān)性問題 步驟閱讀 工具/原料 spss20.0 方法/步驟 >01 先在spss中準備好要處理的數(shù)據(jù),然后在菜單欄上執(zhí)行:analyse--dimension reduction--factor analyse。打開因素分析對話框 >02 我們看到下圖就是因素分析的對話框,將要分析的變量都放入variables窗口中 >03 點擊descriptives按鈕,進入次級對話框,這個對話框可以輸出我們想要看到的描述統(tǒng)計量 >04 因為做主成分分析需要我們看一下各個變量之間的相關(guān),對變量間的關(guān)系有一個了解,所以需要輸出相關(guān),勾選coefficience,點擊continue,返回主對話框 >05 回到主對話框,點擊ok,開始輸出數(shù)據(jù)處理結(jié)果 >06 你看到的這第一個表格就是相關(guān)矩陣,現(xiàn)實的是各個變量之間的相關(guān)系數(shù),通過相關(guān)系數(shù),你可以看到各個變量之間的相關(guān),進而了解各個變量之間的關(guān)系 >07 第二個表格顯示的主成分分析的過程,我們看到eigenvalues下面的total欄,他的意思就是特征根,他的意義是主成分影響力度的指標,一般以1為標準,如果特征根小于1,說明這個主因素的影響力度還不如一個基本的變量。
所以我們只提取特征根大于1的主成分。如圖所示,前三個主成分就是大于1的,所以我們只能說有三個主成分。
另外,我們看到第一個主成分方差占所有主成分方差的46.9%,第二個占27.5%,第三個占15.0%。這三個累計達到了89.5%。
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