现代时间序列分析模型学习教案.pptx
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1、会计学1现代时间现代时间(shjin)序列分析模型序列分析模型第一页,共112页。1 1 时间时间时间时间(shjin)(shjin)序列平稳性和单位根检序列平稳性和单位根检序列平稳性和单位根检序列平稳性和单位根检验验验验一、时间一、时间(shjin)(shjin)序列的平稳性序列的平稳性二、单整序列二、单整序列三、单位根检验三、单位根检验第2页/共112页第二页,共112页。一、时间一、时间一、时间一、时间(shjin)(shjin)序列的平稳性序列的平稳性序列的平稳性序列的平稳性Stationary Time SeriesStationary Time Series第3页/共112页第三页
2、,共112页。问题问题问题问题(wnt)(wnt)的提出的提出的提出的提出n n经典经典经典经典(jngdi(jngdi n)n)计量经济模型常用到的数据有:计量经济模型常用到的数据有:计量经济模型常用到的数据有:计量经济模型常用到的数据有:n n时间序列数据(时间序列数据(时间序列数据(时间序列数据(time-series data)time-series data);n n截面数据截面数据截面数据截面数据(cross-sectional data)(cross-sectional data)n n平行平行平行平行/面板数据(面板数据(面板数据(面板数据(panel data/time-se
3、ries cross-section data)panel data/time-series cross-section data)n n 时间序列数据是最常见,也是最常用到的数据。时间序列数据是最常见,也是最常用到的数据。时间序列数据是最常见,也是最常用到的数据。时间序列数据是最常见,也是最常用到的数据。n n经典经典经典经典(jngdi(jngdi n)n)回归分析暗含着一个重要假设:数据是平回归分析暗含着一个重要假设:数据是平回归分析暗含着一个重要假设:数据是平回归分析暗含着一个重要假设:数据是平稳的。稳的。稳的。稳的。第4页/共112页第四页,共112页。n n数据非平稳,大样本下的统
4、计推断基础数据非平稳,大样本下的统计推断基础数据非平稳,大样本下的统计推断基础数据非平稳,大样本下的统计推断基础“一致性一致性一致性一致性”要要要要求求求求被破怀。被破怀。被破怀。被破怀。n n数据非平稳,往往导致出现数据非平稳,往往导致出现数据非平稳,往往导致出现数据非平稳,往往导致出现“虚假回归虚假回归虚假回归虚假回归”(Spurious Spurious RegressionRegression)问题。)问题。)问题。)问题。n n表现为两个本来没有任何因果关系的变量,却有很高的相表现为两个本来没有任何因果关系的变量,却有很高的相表现为两个本来没有任何因果关系的变量,却有很高的相表现为两
5、个本来没有任何因果关系的变量,却有很高的相关性。关性。关性。关性。n n例如:如果例如:如果例如:如果例如:如果(rgu(rgu)有两列时间序列数据表现出一致的变有两列时间序列数据表现出一致的变有两列时间序列数据表现出一致的变有两列时间序列数据表现出一致的变化趋势(非平稳的),即使它们没有任何有意义的关系,化趋势(非平稳的),即使它们没有任何有意义的关系,化趋势(非平稳的),即使它们没有任何有意义的关系,化趋势(非平稳的),即使它们没有任何有意义的关系,但进行回归也可表现出较高的可决系数。但进行回归也可表现出较高的可决系数。但进行回归也可表现出较高的可决系数。但进行回归也可表现出较高的可决系数
6、。第5页/共112页第五页,共112页。2 2 2 2、平稳性的定义、平稳性的定义、平稳性的定义、平稳性的定义(dngy)(dngy)(dngy)(dngy)n n假定某个时间序列是由某一随机过程假定某个时间序列是由某一随机过程假定某个时间序列是由某一随机过程假定某个时间序列是由某一随机过程(stochastic processstochastic processstochastic processstochastic process)生成的,即假定时)生成的,即假定时)生成的,即假定时)生成的,即假定时间序列间序列间序列间序列XtXtXtXt(t=1,2,t=1,2,t=1,2,t=1,2,
7、)的每一个)的每一个)的每一个)的每一个(y)(y)(y)(y)数值都是从一个数值都是从一个数值都是从一个数值都是从一个(y)(y)(y)(y)概率分布中随机得到,概率分布中随机得到,概率分布中随机得到,概率分布中随机得到,如果满足下列条件:如果满足下列条件:如果满足下列条件:如果满足下列条件:n n 均值均值均值均值E(Xt)=E(Xt)=E(Xt)=E(Xt)=是与时间是与时间是与时间是与时间t t t t 无关的常数;无关的常数;无关的常数;无关的常数;n n 方差方差方差方差Var(Xt)=Var(Xt)=Var(Xt)=Var(Xt)=2 2 2 2是与时间是与时间是与时间是与时间t
8、 t t t 无关的常数;无关的常数;无关的常数;无关的常数;n n 协方差协方差协方差协方差Cov(Xt,Xt+k)=Cov(Xt,Xt+k)=Cov(Xt,Xt+k)=Cov(Xt,Xt+k)=k k k k 是只与时期间隔是只与时期间隔是只与时期间隔是只与时期间隔k k k k有关,与时间有关,与时间有关,与时间有关,与时间t t t t 无关的常数;无关的常数;无关的常数;无关的常数;n n则称该随机时间序列是平稳的(则称该随机时间序列是平稳的(则称该随机时间序列是平稳的(则称该随机时间序列是平稳的(stationary)stationary)stationary)stationary
9、),而该随机过程是一平稳随机过程,而该随机过程是一平稳随机过程,而该随机过程是一平稳随机过程,而该随机过程是一平稳随机过程(stationary stochastic processstationary stochastic processstationary stochastic processstationary stochastic process)。)。)。)。宽平稳宽平稳(pngwn)、广义平稳、广义平稳(pngwn)第6页/共112页第六页,共112页。n n白噪声(白噪声(白噪声(白噪声(white noisewhite noisewhite noisewhite noise)过
10、程是平稳的:)过程是平稳的:)过程是平稳的:)过程是平稳的:n n Xt=Xt=Xt=Xt=t t t t ,tN(0,tN(0,tN(0,tN(0,2)2)2)2)n n随机游走(随机游走(随机游走(随机游走(random walkrandom walkrandom walkrandom walk)过程是非平稳的:)过程是非平稳的:)过程是非平稳的:)过程是非平稳的:n n Xt=Xt-1+Xt=Xt-1+Xt=Xt-1+Xt=Xt-1+t t t t,tN(0,tN(0,tN(0,tN(0,2)2)2)2)n n Var(Xt)=t Var(Xt)=t Var(Xt)=t Var(Xt)=
11、t2 2 2 2n n随机游走的一阶差分(随机游走的一阶差分(随机游走的一阶差分(随机游走的一阶差分(first differencefirst differencefirst differencefirst difference)是平稳的:)是平稳的:)是平稳的:)是平稳的:n n Xt=Xt-Xt-1=Xt=Xt-Xt-1=Xt=Xt-Xt-1=Xt=Xt-Xt-1=t t t t,tN(0,tN(0,tN(0,tN(0,2)2)2)2)n n如果如果如果如果(rgu)(rgu)(rgu)(rgu)一个时间序列是非平稳的,它常常可通一个时间序列是非平稳的,它常常可通一个时间序列是非平稳的,
12、它常常可通一个时间序列是非平稳的,它常常可通过取差分的方法而形成平稳序列。过取差分的方法而形成平稳序列。过取差分的方法而形成平稳序列。过取差分的方法而形成平稳序列。第7页/共112页第七页,共112页。二、单整序列二、单整序列二、单整序列二、单整序列(xli)(xli)(xli)(xli)Integrated SeriesIntegrated SeriesIntegrated SeriesIntegrated Series第8页/共112页第八页,共112页。n n如如如如果果果果一一一一个个个个时时时时间间间间序序序序列列列列经经经经过过过过一一一一次次次次差差差差分分分分变变变变成成成成平
13、平平平稳稳稳稳的的的的,就就就就称称称称原原原原序序序序列列列列是是是是一一一一阶阶阶阶单单单单整整整整(integrated integrated of of 1 1)序序序序列列列列,记记记记为为为为I(1)I(1)。n n一一一一般般般般(ybn)(ybn)地地地地,如如如如果果果果一一一一个个个个时时时时间间间间序序序序列列列列经经经经过过过过d d次次次次差差差差分分分分后后后后 变变变变 成成成成 平平平平 稳稳稳稳 序序序序 列列列列,则则则则 称称称称 原原原原 序序序序 列列列列 是是是是 d d 阶阶阶阶 单单单单 整整整整(integrated of dintegrate
14、d of d)序列,记为)序列,记为)序列,记为)序列,记为I(d)I(d)。n nI(0)I(0)代表一平稳时间序列。代表一平稳时间序列。代表一平稳时间序列。代表一平稳时间序列。第9页/共112页第九页,共112页。n n现现现现实实实实经经经经济济济济生生生生活活活活中中中中只只只只有有有有少少少少数数数数经经经经济济济济指指指指标标标标的的的的时时时时间间间间序序序序列列列列表表表表现为平稳的,如利率等现为平稳的,如利率等现为平稳的,如利率等现为平稳的,如利率等;n n大大大大多多多多数数数数指指指指标标标标的的的的时时时时间间间间序序序序列列列列是是是是非非非非平平平平稳稳稳稳的的的的
15、,例例例例如如如如,以以以以当当当当年年年年价价价价表表表表示示示示(bi(bi osh)osh)的的的的消消消消费费费费额额额额、收收收收入入入入等等等等常常常常是是是是2 2阶阶阶阶单单单单整整整整的的的的,以以以以不不不不变变变变价价价价格格格格表表表表示示示示(bi(bi osh)osh)的的的的消消消消费费费费额额额额、收收收收入入入入等常表现为等常表现为等常表现为等常表现为1 1阶单整。阶单整。阶单整。阶单整。n n 大大大大多多多多数数数数非非非非平平平平稳稳稳稳的的的的时时时时间间间间序序序序列列列列一一一一般般般般可可可可通通通通过过过过一一一一次次次次或或或或多多多多次次次
16、次差分的形式变为平稳的。差分的形式变为平稳的。差分的形式变为平稳的。差分的形式变为平稳的。n n 但但但但也也也也有有有有一一一一些些些些时时时时间间间间序序序序列列列列,无无无无论论论论经经经经过过过过多多多多少少少少次次次次差差差差分分分分,都都都都不不不不 能能能能 变变变变 为为为为 平平平平 稳稳稳稳 的的的的。这这这这 种种种种 序序序序 列列列列 被被被被 称称称称 为为为为 非非非非 单单单单 整整整整 的的的的(non-integratednon-integrated)。)。)。)。第10页/共112页第十页,共112页。三、平稳性的单位根检验三、平稳性的单位根检验三、平稳性
17、的单位根检验三、平稳性的单位根检验(jinyn)(jinyn)(jinyn)(jinyn)(unit root testunit root testunit root testunit root test)第11页/共112页第十一页,共112页。1 1 1 1、DFDFDFDF检验检验检验检验(jinyn)(jinyn)(jinyn)(jinyn)(Dicky-Fuller Dicky-Fuller Dicky-Fuller Dicky-Fuller TestTestTestTest)n n通过上式判断通过上式判断通过上式判断通过上式判断XtXtXtXt是否有单位根是否有单位根是否有单位根是
18、否有单位根,就是时间就是时间就是时间就是时间(shjin)(shjin)(shjin)(shjin)序列平稳性的单位根检验。序列平稳性的单位根检验。序列平稳性的单位根检验。序列平稳性的单位根检验。随机游走随机游走(yu zu),非平稳,非平稳对该式回归,如果确实发现对该式回归,如果确实发现=1,则称随机变量,则称随机变量X Xt t有一个有一个单位根单位根。等价于通过该式判断是否存在等价于通过该式判断是否存在=0。第12页/共112页第十二页,共112页。n n一般检验一般检验一般检验一般检验(ji(ji nyn)nyn)模型模型模型模型零假设零假设(jish)H0(jish)H0:=0=0备
19、择假设备择假设(jish)H1(jish)H1:00可通过可通过(tnggu)OLS法下的法下的t检验完成。检验完成。第13页/共112页第十三页,共112页。n n但但但但是是是是,在在在在零零零零假假假假设设设设(序序序序列列列列非非非非平平平平稳稳稳稳)下下下下,即即即即使使使使在在在在大大大大样样样样本本本本下下下下t t统统统统计计计计(t(t ngj)ngj)量量量量也也也也是是是是有有有有偏偏偏偏误误误误的的的的(向向向向下下下下偏偏偏偏倚倚倚倚),通通通通常常常常的的的的t t 检检检检验无法使用。验无法使用。验无法使用。验无法使用。n n DickyDicky和和和和 Ful
20、lerFuller于于于于 19761976年年年年 提提提提 出出出出 了了了了 这这这这 一一一一 情情情情 形形形形 下下下下 t t统统统统 计计计计(t(t ngj)ngj)量量量量服服服服从从从从的的的的分分分分布布布布(这这这这时时时时的的的的t t统统统统计计计计(t(t ngj)ngj)量量量量称称称称为为为为统计统计统计统计(t(t ngj)ngj)量),即量),即量),即量),即DFDF分布。分布。分布。分布。n n由由由由于于于于t t统统统统计计计计(t(t ngj)ngj)量量量量的的的的向向向向下下下下偏偏偏偏倚倚倚倚性性性性,它它它它呈呈呈呈现现现现围围围围绕绕
21、绕绕小小小小于于于于零零零零均值的偏态分布。均值的偏态分布。均值的偏态分布。均值的偏态分布。第14页/共112页第十四页,共112页。n n如果如果如果如果tt临界值,则拒绝零假设临界值,则拒绝零假设临界值,则拒绝零假设临界值,则拒绝零假设H0H0:=0=0,认为时间,认为时间,认为时间,认为时间(shjin)(shjin)序列不存在单位根,是平稳的。序列不存在单位根,是平稳的。序列不存在单位根,是平稳的。序列不存在单位根,是平稳的。单尾检验第15页/共112页第十五页,共112页。2 2 2 2、ADFADFADFADF检验检验检验检验(jinyn)(jinyn)(jinyn)(jinyn)
22、(Augment Dickey-Augment Dickey-Augment Dickey-Augment Dickey-Fuller testFuller testFuller testFuller test)n n为什么将为什么将为什么将为什么将DFDFDFDF检验扩展为检验扩展为检验扩展为检验扩展为ADFADFADFADF检验?检验?检验?检验?n nDFDFDFDF检验假定时间序列是由具有白噪声随机误差项的检验假定时间序列是由具有白噪声随机误差项的检验假定时间序列是由具有白噪声随机误差项的检验假定时间序列是由具有白噪声随机误差项的一阶自回归过程一阶自回归过程一阶自回归过程一阶自回归过程
23、AR(1)AR(1)AR(1)AR(1)生成的。但在实际生成的。但在实际生成的。但在实际生成的。但在实际(shj)(shj)(shj)(shj)检检检检验中,时间序列可能由更高阶的自回归过程生成,验中,时间序列可能由更高阶的自回归过程生成,验中,时间序列可能由更高阶的自回归过程生成,验中,时间序列可能由更高阶的自回归过程生成,或者随机误差项并非是白噪声,用或者随机误差项并非是白噪声,用或者随机误差项并非是白噪声,用或者随机误差项并非是白噪声,用OLSOLSOLSOLS法进行估计法进行估计法进行估计法进行估计均会表现出随机误差项出现自相关,导致均会表现出随机误差项出现自相关,导致均会表现出随机误
24、差项出现自相关,导致均会表现出随机误差项出现自相关,导致DFDFDFDF检验无检验无检验无检验无效。效。效。效。n n如果时间序列含有明显的随时间变化的某种趋势如果时间序列含有明显的随时间变化的某种趋势如果时间序列含有明显的随时间变化的某种趋势如果时间序列含有明显的随时间变化的某种趋势(如上升或下降),也容易导致(如上升或下降),也容易导致(如上升或下降),也容易导致(如上升或下降),也容易导致DFDFDFDF检验中的自相关检验中的自相关检验中的自相关检验中的自相关随机误差项问题。随机误差项问题。随机误差项问题。随机误差项问题。第16页/共112页第十六页,共112页。n nADFADFADF
25、ADF检验检验检验检验(jinyn)(jinyn)(jinyn)(jinyn)模型模型模型模型零假设零假设(jish)H0(jish)H0:=0 =0 备择假设备择假设(jish)H1(jish)H1:0临界值,不能拒绝存在单位根的零假设。临界值,不能拒绝存在单位根的零假设。时间T的t统计量小于ADF临界值,因此不能拒绝不存在趋势项的零假设不能拒绝不存在趋势项的零假设。小于小于5%显著性水平下自由度分别为显著性水平下自由度分别为1与与2的的 2分布的临界值,可见不存在自相分布的临界值,可见不存在自相关性,因此该模型的设定是正确的。关性,因此该模型的设定是正确的。第22页/共112页第二十二页,
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