第七章季节性时间序列分析方法3915.docx
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1、第七章 季节性时间序列分析方法由于季节性性时间序列列在经济生生活中大量量存在,故故将季节时时间序列从从非平稳序序列中抽出出来,单独独作为一章章加以研究究,具有较较强的现实实意义。本本章共分四四节:简单单随机时间间序列模型型、乘积季季节模型、季季节型时间间序列模型型的建立、季季节调整方方法X-111程序。本章的学习习重点是季季节模型的的一般形式式和建模。1 简单随随机时序模模型在许多实际际问题中,经经济时间序序列的变化化包含很多多明显的周周期性规律律。比如:建筑施工工在冬季的的月份当中中将减少,旅旅游人数将将在夏季达达到高峰,等等等,这种种规律是由由于季节性性(seaasonaalityy)变化
2、或或周期性变变化所引起起的。对于于这各时间间数列我们们可以说,变变量同它上上一年同一一月(季度度,周等)的的值的关系系可能比它它同前一月月的值的相相关更密切切。一、 季节性时间间序列1含义:在一个序序列中,若若经过S个个时间间隔隔后呈现出出相似性,我我们说该序序列具有以以S为周期期的周期性性特性。具具有周期特特性的序列列就称为季季节性时间间序列,这这里S为周周期长度。注:在经经济领域中中,季节性性的数据几几乎无处不不在,在许许多场合,我我们往往可可以从直观观的背景及及物理变化化规律得知知季节性的的周期,如如季度数据据(周期为为4)、月月度数据(周周期为122)、周数数据(周期期为7);有的时间
3、间序列也可可能包含长长度不同的的若干种周周期,如客客运量数据据(S=112,S=7)2处理办办法:(1)建立立组合模型型;(1) 将原序列分分解成S个个子序列(BBuys-Balllot 11847)周期 周周期点123S总和平均1X1X2X3XST*1A*12XS+1XS+1XS+3X2ST*2A*23XS+1X2S+22X2S+33X3ST*3A*3nX(n-11)S+11X(n-11)S+22X(n-11)S+33XnST*nA*1n总和T1*T2*T3*TS*TT/S平均A1*A2*A3*AS*T/NT/SN对于这样每每一个子序序列都可以以给它拟合合ARIMMA模型,同同时认为各各个序
4、列之之间是相互互独立的。但但是这种做做法不可取取,原因有有二:(11)S个子子序列事实实上并不相相互独立,硬硬性划分这这样的子序序列不能反反映序列的的总体特征征;(2)子子序列的划划分要求原原序列的样样本足够大大。启发意义:如果把每每一时刻的的观察值与与上年同期期相应的观观察值相减减,是否能能将原序列列的周期性性变化消除除?(或实实现平稳化化),在经经济上,就就是考查与与前期相比比的净增值值,用数学学语言来描描述就是定定义季节差差分算子。定义:季节节差分可以以表示为。二、 随机季节模模型1含义:随机季节节模型,是是对季节性性随机序列列中不同周周期的同一一周期点之之间的相关关关系的一一种拟合。A
5、R(1):,可以还还原为:。MA(1):,可以还还原为:。2形式:广而言之之,季节型型模型的AARMA表表达形式为为 (1)这里,。注:(1)残残差的内容容;(2)残残差的性质质。2 乘积季季节模型一、 乘积季节模模型的一般般形式由于不独立立,不妨设设,则有 (2)式中,为白白噪声;。在(1)式式两端同乘乘,可得: (3)注:(1)这这里表示不不同周期的的同一周期期点上的相相关关系;则表示同同一周期内内不同周期期点上的相相关关系。二二者的结合合就能同时时刻划两个个因素的作作用,仿佛佛是显像管管中的电子子扫描。(2)从结结构上看,它它是季节模模型与ARRIMA模模型的结合合形式,称称之为乘积积季
6、节模型型,阶数用用来表示。(3)将乘乘积季节模模型展开便便会得到一一般的ARRIMA模模型。例如如:,可以以展开为,此此时也有,并并且其中有有许多系数数为0。但但其参数并并不独立。所所以尽管模模型的阶数数可能很高高,然而真真正独立的的参数不多多,我们称称这类模型型为疏系数数模型(带带有一定约约束条件的的疏系数模模型)。二、 常用的两个个模型1 类型型为: (4)2 类型为: (55)三、 乘积季节模模型与ARRIMA模模型的关系系我们可以将将乘积季节节模型 (3)展成ARIIMA模型型形式。例如,是季季节模型,将将式子的右右边展成: (6)这是一个阶阶ARIMMA模型,但但是其参数数不是独立立
7、的,有下下面的约束束关系 (77)尽管模型的的阶数很高高,然而真真正独立的的参数并不不多,有许许多参数取取值为零3 季节性性时间序列列模型的建建立季节性时间间序列模型型的建立也也包含这样样几个过程程:模型的的识别、模模型的定阶阶、参数估估计、诊断断检验等。基基本上采用用的是BOOX-JEENKINNS方法,也也就是立足足于考察数数据序列的的样本自相相关、偏自自相关函数数。如果样本自自相关、偏偏自相关函函数既不截截也不拖尾尾,而且也也不呈线性性衰减趋势势,相反地地,在相应应于周期SS的整数倍倍点上,自自相关(或或偏自相关关)函数出出现绝对值值相当大的的峰值并呈呈现振荡变变化,我们们就可以判判明原
8、数据据序列适合合于乘积季季节模型。一、 季节性MAA模型的自自相关函数数是一个季节节性时间序序列,如果果,则 (6)不平稳,设设,则 (77)我们就能得得到一个乘乘积季节模模型 (88) (9)当S=122时,有 (10)可以计算出出:因此有:注:(1)为的一阶自相关系数,为的一阶自相关系数;(2)与比比较容易求求解;(3)可以以推广到更更一般的形形式。二、 季节性ARR模型的偏偏自相关函函数是一个季节节性时间序序列,如果果,则 (111)不平稳,设设,则 (112)我们就能得得到一个乘乘积季节模模型 (133) (144)当S=122时,有 (155)可以根据YYULE-WORKK方程求出出
9、偏自相关关函数。注:(1)根根据它在周周期点上的的偏自相关关函数的截截尾性和拖拖尾性识别别模型的类类型和定阶阶;(2)可以以推广到更更一般的形形式。三、 季节性时间间序列模型型的建模方方法利用B-JJ建模方法法:判别周周期性,即即S的取值值;根据SSACF和和SPACCF提供的的信息识别别模型类型型和阶数,最最后进行估估计和诊断断检验。具体做法:第一步:对对时间序列列进行普通通差分和季季节差分,以以得到平稳稳的序列,;第二步:计计算差分后后序列的SSACF和和SPACCF,选择择一个暂定定的模型;第三步:由由SACFF和SPAACF函数数的值,利利用矩估计计法得到的的值作为初初始值,对对模型参
10、数数作最小二二乘估计;第四步:模模型的诊断断与检验。注:(1)关关于差分阶阶数d和季季节差分阶阶数D的选选取可采用用试探的方方法 详见备课笔记。;也可可使用差分分后序列均均方差的大大小挑选;(2)季节节差分算子子的阶数不不宜过高。四、 应用实例【例6-11】试用11987年年到19996年甲地地某商品各各月销售量量资料为例例建立季节节性时间序序列模型 资料来源王振龙:时间序列分析,中国统计出版社,P189。建模型过程程:1时间序序列图明显存在着着季节性变变化,并且且以12为为周期。2SACCF和SPPACF函函数图SACF再次证明,时时间序列存存在着以SS=12为为周期的季季节性变动动。SPA
11、CF3进行差差分变换需要进行一一阶普通差差和以122为周期的的季节差分分,得到 (177) (116)计算其自相相关系数。一阶普通差差分图一阶普通差差分和一阶阶季节差分分序列图4模型的的识别与定定阶5参数估估计6诊断检检验7模型应应用预测结果【例6-22】表显示示了我国11990年年1月至11997年年12月工工业总产值值的月度资资料(19990年不不变价格),记记作IPtt,共有996个观测测值,对序序列IPtt建立ARRMA模型型 资料来源易丹辉:数据分析与EVIEWS应用,P125。,在建模模过程中将将19977年12个个月的观测测值留出作作为评价预预测精度的的参照对象象。1990年年1
12、月至19997年12月我国国工业总产产值单位:亿元元月/年1990199119921993199419951996199711421.4001757.8001984.2002179.1002903.3002996.7003476.6003843.84021367.4001485.7001812.4002408.7002513.8002740.3002790.3003181.26031719.7001893.9002274.7002869.4003409.0003580.9003942.6004404.49041759.6001969.8002328.9002916.7003499.500374
13、6.3004067.6004520.18051795.7002033.7002373.1003022.1003642.6003817.9004746.8994638.99061848.1002103.0002515.8003274.5003871.4004046.6004417.2994969.93071637.3001836.3002288.0002862.9003373.0003483.9003806.8004146.89981670.9001914.7002321.0002864.2003463.4003510.6003746.3004198.70091760.1002022.20024
14、41.1002908.0003663.7403703.1004011.1004536.839101789.5002045.1002502.6002911.8003753.3803810.7004129.6004718.910111888.6002069.2002608.8003101.3003973.1704091.0004372.8995034.939121981.4002136.0002823.8003664.3004469.0204650.7994991.5005545.7401时间序序列图表明数据或或者序列是是非平稳的的。2进行相相应的差分分变换为消除趋势势同时减小小序列的波波动,对原
15、原序列做一一阶自然对对数并逐期期差分,即即是差分运运算与对数数运算的结结合。由时间序列列图可以看看到,序列列的趋势已已经基本消消除,但可可能存在着着季节性变变化,这一一点可以从从序列的自自相关图看看出。由图图形可以看看出,在112的整数数倍上,样样本的偏自自相关系数数显著不为为零,因此此需要做季季节差分处处理。此时差分后后序列的自自相关图为为可以对序列列进行零均均值的检验验,详见易易丹辉:数数据分析与与EVIEEWS应用用,P1128。3模型识识别与定阶阶因为经过一一阶逐期差差分,序列列趋势基本本消除,故故d=1;经过一阶阶季节差分分,季节性性基本消除除,故D=1。所以以选用ARRIMA(p,
16、d,q)(P,DD,Q)SS模型。由由上图的偏偏自相关函函数图得pp=2或pp=3比较较合适;自自相关函数数图q=11比较适合合。考虑到到AR模型型是线性方方程估计,相相对于MAA和ARMMA模型的的非线性估估计容易,且且参数意义义便于解释释,故实际际建模时常常希望用高高阶的ARR模型替换换相应的MMA或ARRMA模型型。综合考考虑,可供供选择的(p,q)组合有:(3,11)、(44,0)、(2,1)和(3,0)。由由于K=112时,样样本自相关关和偏自相相关系数都都显著不为为0,所以以,P=QQ=1。4模型估估计在命令主窗窗口输入:D(LOOG(IPP),1,12)AAR(1) AR(2)
17、AAR(3) MA(1)SAAR(122)SMAA(12)5检验和和预测包括模型的的适应性检检验和评价价精度的检检验,对未未来进行预预测。【例6-33】时间序序列资料AARIMAA季节乘积积模型及其其应用,资资料来源于于张蔚等:时间序列列资料ARRIMA季季节乘积模模型及其应应用,第第三军医大大学学报。4 季节调调整一、 对时间序列列季节调整整的几点认认识 资料来源于国家统计局国民经济核算司 刘丽萍的文章。西方国家开开展时间序序列的季节节调整已有有几十年的的历史,在在他们的公公开出版物物中经常会会看到经过过季节调整整后的数据据,在经济济分析和国国民核算中中,也经常常会遇到关关于国内生生产总值时
18、时间序列季季节调整的的方法研究究。结合本本人在加拿拿大学习了了解到的情情况,本文文谈一点对对这个问题题的粗浅认认识。1为什么么要对时间间序列进行行季节调整整季节调整是是对时间序序列中隐含含的由于季季节性因素素造成的季季节变化的的影响加以以纠正的过过程。时间间序列是指指在规定的的时间间隔隔内,对所所发生的经经济活动进进行连续测测算而形成成的数据。一一般根据测测算是一年年一次,三三个月一次次,还是每每月一次,而而区分为年年度序列、季季度序列或或月度序列列。一般认认为,季节节性因素是是指在正常常年度情况况下,季度度或月度序序列(统称称为子年度度序列)中中表现出来来的有规律律的波动变变化。为什什么子年
19、度度序列中包包含有季节节性因素?子年度序序列相对于于年度序列列而言,其其特点是指指标的核算算期或指标标所对应的的时期少于于一年。年年度序列与与日历年度度的周期相相对应,而而人类传统统经济活动动的运作起起始也一般般与日历年年度相对应应,因此年年度序列能能够反映一一个日历年年度内经济济活动的一一个完整的的周期,如如果将不同同年度的指指标进行比比较,具有有可比性。但但是子年度度序列则不不同,由于于其对应的的时期只是是日历年度度中的某一一部分,因因此不同时时期的子年年度指标所所对应的季季节相互之之间各不相相同。由于于不同的季季节对经济济活动的影影响程度不不同,相同同的经济活活动在不同同季节里产产生的经
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- 第七 季节性 时间 序列 分析 方法 3915
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