第八章时间序列PPT讲稿.ppt
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1、第八章时间序列华华南理工大学精品南理工大学精品课课程程第1页,共61页,编辑于2022年,星期三时间序列的成分时间序列的成分Q1Q1利用平滑法进行预测利用平滑法进行预测Q2Q2利用趋势推测法进行预测利用趋势推测法进行预测Q3Q3利用趋势和季节成分进行预测利用趋势和季节成分进行预测Q4Q4第八章第八章 时间序列与指数时间序列与指数第2页,共61页,编辑于2022年,星期三p学习目标学习目标1 1:时间序列的几种类型:时间序列的几种类型p学习目标学习目标2 2:时间序列的预测分析法:时间序列的预测分析法第八章第八章 时间序列与指数时间序列与指数第3页,共61页,编辑于2022年,星期三8.1 8.
2、1 时间序列的成分时间序列的成分 一个时间序列中往往由几种成分组成,通常假定一个时间序列中往往由几种成分组成,通常假定是四种独立的成分是四种独立的成分趋势、循环、季节和不规趋势、循环、季节和不规则。下面我们仔细研究其中的每一种成分。则。下面我们仔细研究其中的每一种成分。时间序列的时间序列的四种独立成分四种独立成分趋势趋势循环循环季节季节不规则不规则第4页,共61页,编辑于2022年,星期三8.1.1 8.1.1 趋势成分趋势成分 在一段较长的时间内,时间序列往往呈现逐渐在一段较长的时间内,时间序列往往呈现逐渐增加或减少的总体趋势。时间序列逐渐转变的增加或减少的总体趋势。时间序列逐渐转变的性态称
3、为时间序列的趋势。性态称为时间序列的趋势。趋势通常是长期因素影响的结果,如人口总量趋势通常是长期因素影响的结果,如人口总量的变化、方法的变化等等的变化、方法的变化等等趋势成分趋势成分时间序列的时间序列的长期动向长期动向长期长期影响因素影响因素第5页,共61页,编辑于2022年,星期三8.1.2 8.1.2 循环成分循环成分时间序列常常呈现环绕趋势线上、下的波动。时间序列常常呈现环绕趋势线上、下的波动。任何时间间隔超过一年的,环绕趋势线的上、任何时间间隔超过一年的,环绕趋势线的上、下波动,都可归结为时间序列的循环成分。下波动,都可归结为时间序列的循环成分。循环成分循环成分围绕长期趋势线围绕长期趋
4、势线的上下波动的上下波动第6页,共61页,编辑于2022年,星期三8.1.3 8.1.3 季节成分季节成分许多时间序列往往显示出在一年内有规则的运许多时间序列往往显示出在一年内有规则的运动,这通常由季节因素引起,因此称为季节成动,这通常由季节因素引起,因此称为季节成分。分。季节成分季节成分季节因素引起的一年内季节因素引起的一年内有规则的运动有规则的运动第7页,共61页,编辑于2022年,星期三8.1.3 8.1.3 季节成分季节成分例如,一个游泳池制造商在秋季和冬季各月有例如,一个游泳池制造商在秋季和冬季各月有较低的销售活动,而在春季和夏季各月有较高较低的销售活动,而在春季和夏季各月有较高的销
5、售量。的销售量。铲雪设备和防寒衣物的制造商的销售却正好相铲雪设备和防寒衣物的制造商的销售却正好相反。反。第8页,共61页,编辑于2022年,星期三8.1.3 8.1.3 季节成分季节成分季节成分也可用来描述任何持续时间小于一年季节成分也可用来描述任何持续时间小于一年的、有规则的、重复的运动。的、有规则的、重复的运动。例如,每天的交通流量资料显示在一天内的例如,每天的交通流量资料显示在一天内的“季节季节”情况,在上、下班拥挤时刻出现高峰,情况,在上、下班拥挤时刻出现高峰,在一天的休息时刻和傍晚出现中等流量,在午在一天的休息时刻和傍晚出现中等流量,在午夜到清晨出现小流量。夜到清晨出现小流量。季节成
6、分的扩展季节成分的扩展第9页,共61页,编辑于2022年,星期三8.1.4 8.1.4 不规则成分不规则成分时间序列的不规则成分是剩余的因素,它用来时间序列的不规则成分是剩余的因素,它用来说明在分离了趋势、循环和季节成分后,时间说明在分离了趋势、循环和季节成分后,时间序列值的偏差。序列值的偏差。不规则成分是由那些影响时间序列的短期的、不规则成分是由那些影响时间序列的短期的、不可预期的和不重复出现的因素引起的。它是不可预期的和不重复出现的因素引起的。它是随机的、无法预测的。随机的、无法预测的。第10页,共61页,编辑于2022年,星期三8.2 8.2 利用平滑法进行预测利用平滑法进行预测 平滑方
7、法对稳定的平滑方法对稳定的时间序列时间序列即没即没有明显的趋势、循有明显的趋势、循环和季节影响的时环和季节影响的时间序列间序列是合适是合适的,这时平滑方法的,这时平滑方法很适应时间序列的很适应时间序列的水平变化。但当有水平变化。但当有明显的趋势、循环明显的趋势、循环和季节变差时,平和季节变差时,平滑方法将不能很好滑方法将不能很好地起作用地起作用平滑方法很容易使用,平滑方法很容易使用,而且对近距离的预测,而且对近距离的预测,如下一个时期的预测,如下一个时期的预测,可提供较高的精度水可提供较高的精度水平。平。预测方法之一的指数平滑法预测方法之一的指数平滑法对资料有最低的要求对资料有最低的要求平平滑
8、滑方方法法缺点缺点优点优点第11页,共61页,编辑于2022年,星期三8.2.1 8.2.1 移动平均法移动平均法移动平均法使用时间序列中最近几个时期数据移动平均法使用时间序列中最近几个时期数据值的平均数作为下一个时期的预测值。移动平均值的平均数作为下一个时期的预测值。移动平均数的计算公式如下:数的计算公式如下:(8-18-1)第12页,共61页,编辑于2022年,星期三8.2.2 8.2.2 加权移动平均法加权移动平均法移移动动平平均均法法计算移动平均数时每个计算移动平均数时每个观测值权数权数相同观测值权数权数相同加权加权移动移动平均平均法法对每期数据值选择不同的权数,然后计算对每期数据值选
9、择不同的权数,然后计算最近最近n n个时期数值的加权平均数作为预测值个时期数值的加权平均数作为预测值通常,最近时期的观测值应取得最大的通常,最近时期的观测值应取得最大的权数,而比较远的时期权数应依次递减权数,而比较远的时期权数应依次递减第13页,共61页,编辑于2022年,星期三8.2.3 8.2.3 指数平滑法指数平滑法 指数平滑法指数平滑法加权移动平均法加权移动平均法属于属于只选择一个权数(最近时期观只选择一个权数(最近时期观测值的权数),其他时期数据值测值的权数),其他时期数据值的权数可以自动推算出来。的权数可以自动推算出来。当观测值离预测时期越久远时,当观测值离预测时期越久远时,权数变
10、得越小权数变得越小第14页,共61页,编辑于2022年,星期三8.2.3 8.2.3 指数平滑法指数平滑法 指数平滑法模型:指数平滑法模型:式中式中F Ft+t+1 1t+t+1 1期时间序列的预测值;期时间序列的预测值;Y Yt tt t期时间序列的实际值;期时间序列的实际值;FtFtt t期时间序列的预测值;期时间序列的预测值;平滑常数(平滑常数(00 11)。)。第15页,共61页,编辑于2022年,星期三8.2.3 8.2.3 指数平滑法指数平滑法 2 2期的预测值:期的预测值:3 3期预测值:期预测值:最后,将最后,将F F3 3的表达式代入的表达式代入F F4 4的表达式中,有的表
11、达式中,有 第16页,共61页,编辑于2022年,星期三8.2.3 8.2.3 指数平滑法指数平滑法 因此,因此,F F4 4是前三个时间序列数值的加权平均数。是前三个时间序列数值的加权平均数。Y Y1 1,Y Y2 2和和Y Y3 3的系数或权数之和等于的系数或权数之和等于1 1。由此可以得到一个结论,即任何预测值由此可以得到一个结论,即任何预测值F Ft t+1+1是是以前所有时间序列数值的加权平均数。以前所有时间序列数值的加权平均数。第17页,共61页,编辑于2022年,星期三8.2.3 8.2.3 指数平滑法指数平滑法 指数指数平滑法平滑法特点特点指数平滑法提供的预测值是以前所有指数平
12、滑法提供的预测值是以前所有预测值的加权平均数,但所有过去资预测值的加权平均数,但所有过去资料未必都需要保留,以用来计算下一料未必都需要保留,以用来计算下一个时期的预测值。个时期的预测值。一旦选定平滑常数一旦选定平滑常数,只需要二项,只需要二项的信息就可计算预测值。的信息就可计算预测值。式(式(9-29-2)表明,对给定的)表明,对给定的,我们,我们只要知道只要知道t t期时间序列的实际值和期时间序列的实际值和预测值,即预测值,即Y Yt t和和F Ft t,就可计算,就可计算t t+1+1期期的预测值的预测值第18页,共61页,编辑于2022年,星期三8.3 8.3 利用趋势推测法进行预测利用
13、趋势推测法进行预测 本节我们将说明如何对拥有长期线性趋势的时间序本节我们将说明如何对拥有长期线性趋势的时间序列进行预测。列进行预测。不稳定,随时间不稳定,随时间呈现持续增加呈现持续增加或减少的形态或减少的形态长期长期线性线性趋势趋势数列数列趋势推测法可行趋势推测法可行平滑法不合适平滑法不合适第19页,共61页,编辑于2022年,星期三8.3 8.3 利用趋势推测法进行预测利用趋势推测法进行预测 例题例题8.18.1 考虑一某超市过去考虑一某超市过去1010年的自行车销售量时间序年的自行车销售量时间序列,资料见表列,资料见表8-18-1。注意,第。注意,第1 1年销售了年销售了216002160
14、0辆,辆,第第2 2年销售了年销售了2290022900辆,辆,第,第1010年(即最近一年)年(即最近一年)销售了销售了3140031400辆。尽管图辆。尽管图8-18-1显示在过去显示在过去1010年中销年中销售量有上、下波动,但时间序列总的趋势是增售量有上、下波动,但时间序列总的趋势是增长的或向上的。长的或向上的。第20页,共61页,编辑于2022年,星期三8.3 8.3 利用趋势推测法进行预测利用趋势推测法进行预测 表表8-1 8-1 自行车销售数量的时间序列自行车销售数量的时间序列第21页,共61页,编辑于2022年,星期三图图8-1 8-1 自行车销售时间序列的图形自行车销售时间序
15、列的图形 8.3 8.3 利用趋势推测法进行预测利用趋势推测法进行预测 第22页,共61页,编辑于2022年,星期三图图8-2 8-2 用线性函数对自行车销售量的趋势描述用线性函数对自行车销售量的趋势描述 8.3 8.3 利用趋势推测法进行预测利用趋势推测法进行预测 第23页,共61页,编辑于2022年,星期三 被估计的销售量可表示为时间的函数,其表被估计的销售量可表示为时间的函数,其表达式如下:达式如下:上式中上式中 T Tttt t期时间序列的趋势值;期时间序列的趋势值;b b00线性趋势的截距;线性趋势的截距;b b11线性趋势的斜率;线性趋势的斜率;t t 时间。时间。例例8.18.1
16、解析解析 8.3 8.3 利用趋势推测法进行预测利用趋势推测法进行预测 第24页,共61页,编辑于2022年,星期三其中其中:例例8.18.1解析解析(续续)8.3 8.3 利用趋势推测法进行预测利用趋势推测法进行预测 第25页,共61页,编辑于2022年,星期三式中式中 T Tt tt t期时间序列的值;期时间序列的值;n n 时期的个数;时期的个数;时间序列的平均值,即时间序列的平均值,即 t t 的平均值,即的平均值,即 =t t/n/n。例例8.18.1解析解析(续续)8.3 8.3 利用趋势推测法进行预测利用趋势推测法进行预测 第26页,共61页,编辑于2022年,星期三根据计算根据
17、计算b b0 0和和b b1 1的关系式及表的关系式及表8-18-1的自行车销售量资的自行车销售量资料,有如下计算结果:料,有如下计算结果:例例8.18.1解析解析(续续)8.3 8.3 利用趋势推测法进行预测利用趋势推测法进行预测 第27页,共61页,编辑于2022年,星期三因此,自行车销售量时间序列的线性趋势成分的表因此,自行车销售量时间序列的线性趋势成分的表达式为:达式为:T Tt t=20.4+1.120.4+1.1t t (8-68-6)例例8.18.1解析解析(续续)8.3 8.3 利用趋势推测法进行预测利用趋势推测法进行预测 第28页,共61页,编辑于2022年,星期三8.48.
18、4利用趋势和季节成分进行预测利用趋势和季节成分进行预测前面我们已经介绍了如何对有趋势成分的前面我们已经介绍了如何对有趋势成分的时间序列进行预测。本节我们将把这种讨时间序列进行预测。本节我们将把这种讨论扩展到对同时拥有趋势和季节成分的时论扩展到对同时拥有趋势和季节成分的时间序列进行预测的情形。间序列进行预测的情形。第29页,共61页,编辑于2022年,星期三8.48.4利用趋势和季节成分进行预测利用趋势和季节成分进行预测 商业和经济中的许多情形是一期与一期的比较。商业和经济中的许多情形是一期与一期的比较。例如,我们想研究和了解失业人数是否比上个月上例如,我们想研究和了解失业人数是否比上个月上升升
19、1%1%,钢产量是否比上个月上升,钢产量是否比上个月上升5%5%等问题。在使用等问题。在使用这些资料时,必须十分小心。因为每当描述季节影这些资料时,必须十分小心。因为每当描述季节影响时,这样的比较会使人产生误解。响时,这样的比较会使人产生误解。第30页,共61页,编辑于2022年,星期三8.48.4利用趋势和季节成分进行预测利用趋势和季节成分进行预测例如,例如,9 9月份电能消费量比月份电能消费量比8 8月份下降月份下降3%3%,可能仅仅是,可能仅仅是由于空调使用减少这一季节影响引起的,而不是因为由于空调使用减少这一季节影响引起的,而不是因为长期用电量的减少。事实上,在调整季节影响后,我长期用
20、电量的减少。事实上,在调整季节影响后,我们甚至可以发现用电量是增加的。们甚至可以发现用电量是增加的。9 9月份电能月份电能消费量比消费量比8 8月份下降月份下降3%3%的原因的原因属于长期属于长期用电量的减少?用电量的减少?空调使用空调使用减少引起的?减少引起的?第31页,共61页,编辑于2022年,星期三8.4.1 8.4.1 乘法模型乘法模型基本模型:基本模型:上式中:上式中:Y Yt t-时间序列的数值时间序列的数值 T-T-趋势成分趋势成分 S-S-季节成分季节成分 I-I-不规则成分不规则成分 第32页,共61页,编辑于2022年,星期三8.4.1 8.4.1 乘法模型乘法模型下述资
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