第八章时间序列分析与预测优秀PPT.ppt
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1、第八章时间序列分析第八章时间序列分析与预测与预测第一页,本课件共有62页第二页,本课件共有62页第三页,本课件共有62页为什么要进行时间序列分析?为什么要进行时间序列分析?l 个人、企业和政府都需要根据历史数据(时间序列)对现象的未来发展作出预测并采取相应的决策,时间序列分析为我们提供了相应的分析工具。l我国每年年初都要对当年的主要经济指标作出预测,每个五年计划中要对未来五年的经济和社会发展进行预测。l股票经纪人要对股票市场的未来走势作出及时的预测并相应作出买入或卖出的决策。l企业经理人员的决策中经常需要对未来的市场供求进行预测。第四页,本课件共有62页5 5一、动态数列一、动态数列 (时间序
2、列时间序列)的概念的概念 1 1、把把某某一一现现象象在在不不同同时时间间上上的的数数据据按按时时间先后顺序排列所形成的序列;间先后顺序排列所形成的序列;2 2、基基本本要要素素:时时间间、数数据据,形形式式上上由由现现象象所所属属的的时时间间(t)(t)和和现现象象在在不不同同时时间间上上的的统统计计数据数据(y)(y)两部分组成;两部分组成;3 3、目目的的:从从时时间间的的发发展展变变化化角角度度揭揭示示现现象象数数量量变变化化和和时时间间的的关关系系,研研究究事事物物随随时时间间推推移移的的演演变变趋趋势势和和变变化化规规律律,预预测测事事物物在在未来时间可能达到的数量规模和水平。未来
3、时间可能达到的数量规模和水平。第五页,本课件共有62页 4.4.分分析析方方法法:指指标标分分析析法法、构构成成因因素素分分析析法:法:指指标标分分析析法法:通通过过计计算算一一系系列列时时间间序序列列分分析析指指标标,包包括括发发展展水水平平、发发展展速速度度、增增长长速速度度等揭示现象的发展变化状况和发展变化程度;等揭示现象的发展变化状况和发展变化程度;构构成成因因素素分分析析法法:时时间间序序列列揭揭示示的的事事物物发发展展变变化化状状况况是是许许多多因因素素共共同同作作用用的的结结果果,这这些些影影响响因因素素有有大大有有小小,有有强强弱弱,有有决决定定性性的的、也也有有偶偶然然性性的
4、的,有有长长期期性性或或周周期期性性的,也有短暂无规律的的,也有短暂无规律的.一般将这些影响因一般将这些影响因 第六页,本课件共有62页 素素合合并并为为长长期期趋趋势势(以以T T表表示示)、季季节节变变动动(也称季节周期也称季节周期,以以S S表示表示)、循环变动、循环变动(也称也称 经经济济循循环环周周期期,以以C C表表示示),以以及及无无法法归归入入上上述述三类的不规则变动三类的不规则变动(以以I I表示表示)。对对时时间间序序列列中中的的各各类类因因素素进进行行分分解解、分分析析、测测定定、预预测测等等,从从而而揭揭示示事事物物随随时时间间变变化而演变的趋势和规律化而演变的趋势和规
5、律,即为构成因素分析法即为构成因素分析法.第七页,本课件共有62页时间序列的构成要素与模型时间序列的构成要素与模型1.1.构成因素构成因素n n长期趋势长期趋势 (Secular trend)(Secular trend)n n季节变动季节变动 (Seasonal Fluctuation)(Seasonal Fluctuation)n n循环变动循环变动 (Cyclical Movement)(Cyclical Movement)n n不规则波动不规则波动 (Irregular Variations)(Irregular Variations)第八页,本课件共有62页长期趋势l现象在较长时期内
6、持续发展变化的一种趋向或状态l可以分为线性趋势和非线性趋势第九页,本课件共有62页长期趋势长期趋势 (T)(T)1.1.事物在较长一段时间内沿某一方向持续发展变事物在较长一段时间内沿某一方向持续发展变化的形态;化的形态;2.2.由受某些长期性、起决定性作用的基本因素由受某些长期性、起决定性作用的基本因素影响的结果;影响的结果;3.3.任何一个时间序列都存在长期趋势;任何一个时间序列都存在长期趋势;4.4.分类:变化方向:上升趋势(分类:变化方向:上升趋势(GDPGDP增长率)、增长率)、下降趋势(人口自然增长率)、水平趋势下降趋势(人口自然增长率)、水平趋势(劳动力资源占总人口的比率);(劳动
7、力资源占总人口的比率);5.5.变化形态:线性趋势和非线性趋势变化形态:线性趋势和非线性趋势第十页,本课件共有62页季节变动(S)l由于季节的变化引起的现象发展水平的规则变动。季节变动产生的原因主要有两个:l自然因素;l人为因素:法律、习俗、制度等l“季节变动”也用来指周期小于一年的规则变动,例如24小时内的交通流量。第十一页,本课件共有62页季节变动季节变动 (S)(S)1 1、季季节节变变动动是是现现象象在在一一年年时时间间时时间间范范围围内内以以一一定定时期为一周期的较有规律的变动;时期为一周期的较有规律的变动;2 2、常常见见的的季季节节变变动动表表现现为为现现象象在在一一年年内内随随
8、着着自自然然季季节节的的更更替替而而发发生生的的十十二二个个月月或或四四个个季季度度为为一一周期的较有规律的增减变化;周期的较有规律的增减变化;3 3、现现在在也也出出现现了了许许多多诸诸如如一一月月3 3旬旬、一一周周七七天天或或一天一天2424小时的周期变化;小时的周期变化;4 4、形形成成季季节节变变动动的的原原因因可可能能是是自自然然条条件件,也也可可能能是是法法制规定和风俗习惯。制规定和风俗习惯。第十二页,本课件共有62页循环变动(C)l 以若干年为周期、不具严格规则的周期性连续变动。l与长期趋势不同,它不是朝着单一方向的持续运动,而是涨落相间的波浪式起伏变化;l与季节变动也不同,它
9、的波动时间较长,变动的周期长短不一,变动的规则性和稳定性较差。第十三页,本课件共有62页循环变动循环变动 (C)(C)1 1、循循环环变变动动时时现现象象呈呈现现的的若若干干年年(通通常常不不少少于于三三年年)为为一一周周期期的的涨涨落落相相间间、波波峰峰与与波波谷谷相相交交替替的的波波动;动;2 2、循循环环变变动动与与长长期期趋趋势势一一样样是是需需要要长长期期观观察察才才能能显显现现的的规规律律性性,但但是是它它不不是是沿沿着着某某一一方方向向的的持持续续运运动动,而是一种兴衰交替的周期波动;而是一种兴衰交替的周期波动;3 3、循循环环变变动动的的周周期期不不如如季季节节变变动动周周期期
10、有有规规律律,其其周周期期长长短短很很不不一一致致,因因而而循循环环变变动动周周期期的的可可识识别性也远不如季节变动周期。别性也远不如季节变动周期。第十四页,本课件共有62页不规则变动(I)l由于众多偶然因素对时间序列造成的影响。l 不规则变动是不可预测的。第十五页,本课件共有62页不规则波动不规则波动 (I)(I)1 1、不不规规则则变变动动是是一一种种没没有有规规律律可可遵遵循循的的偶偶然然性性、突发性的变动;突发性的变动;2 2、这种变动时大时小、时起时伏、方向不定、这种变动时大时小、时起时伏、方向不定、难以把握难以把握,无法用以前三种变动加以解释无法用以前三种变动加以解释,通常是通常是
11、从时间序列中分离了长期趋势、季节变动和循从时间序列中分离了长期趋势、季节变动和循环变动之后剩余的因素环变动之后剩余的因素,也称为剩余变动;也称为剩余变动;第十六页,本课件共有62页 8.1.2 时间序列分解模型l时间序列的组成成分之间可能是乘法或加法的关系,因此,时间序列可用多种模型进行分解,常见的有加法模型、乘法模型和加乘混合模型。l加法模型假设时间序列中每一个指标数值都是长期趋势、季节变动、循环变动和不规则变动四种成分的总和,在加法模型中,四种成分之间是相互独立的。某种成分的变动并不影响其他成分的变动。各个成分都用绝对量表示,并且具有相同的量纲。第十七页,本课件共有62页 乘法模型乘法模型
12、l乘法模型乘法模型是假设时间序列中每一个指标数值都是长期趋势、季节变动、循环变动和不规则变动四种成分的乘积。在乘法模型中,四种成分之间保持着相互依存的关系。一般而言,长期趋势成分用绝对量表示,具有和时间序列本身相同的量纲,其它成分则用相对量表示。第十八页,本课件共有62页l加乘混合模型,比如 l 时间序列分解模型的选取需要考虑到现象变化的规律和数据本身的特征,如果季节变动(循环变动、不规则变动)依赖于长期趋势的变化,则宜选用乘法模型或加乘混合模型,否则可以考虑加法模型。加乘混合模型加乘混合模型第十九页,本课件共有62页 2 2、模型、模型 乘法模型:乘法模型:Y Yt t=T Tt t S S
13、t t C Ct t I It t 3 3、时间序列的不同组合模式:、时间序列的不同组合模式:趋势模式趋势模式,见于,见于时间不太长的年度数据时间不太长的年度数据:Y Yt t=T=Tt t I It t 趋势季节模式趋势季节模式,见于时间不太长的季度或月度数据 Y Yt t=T Tt t S St t I It t 趋势循环模式趋势循环模式,常见于时间较长的年度数据:常见于时间较长的年度数据:Y Yt t=T Tt t C Ct t I It t 趋势季节循环模式趋势季节循环模式,见于时间较长的季度或月度数据见于时间较长的季度或月度数据:Y Yt t=T Tt t S St t C Ct t
14、 I It t 第二十页,本课件共有62页长期趋势的测定方法长期趋势的测定方法1 1、认识和掌握现象随时间演变的规律和趋势;、认识和掌握现象随时间演变的规律和趋势;2 2、通过对现象过去变动规律的认识、通过对现象过去变动规律的认识,对事物的对事物的 未来发展趋势做出预计和推测;未来发展趋势做出预计和推测;3 3、测定出长期趋势后,便于从、测定出长期趋势后,便于从 时间序列中剔除趋势时间序列中剔除趋势,更好地分更好地分 解、研究其他因素。解、研究其他因素。4 4、测定方法:、测定方法:平滑法(移动平均法、指数平平滑法(移动平均法、指数平 滑法)、方程拟合法。滑法)、方程拟合法。第二十一页,本课件
15、共有62页8.2.1 8.2.1 平滑法平滑法1 1、概念:、概念:平滑法是指用平均的方法消除或消平滑法是指用平均的方法消除或消弱时间序列中的不规则成分和其他成分弱时间序列中的不规则成分和其他成分,揭示时揭示时间序列基本趋势的方法间序列基本趋势的方法.2 2、种类:、种类:移动平均法、指数平滑。移动平均法、指数平滑。第二十二页,本课件共有62页1 移动平均法l移动平均法:在原时间序列内依次求连续若干期的平均数作为其某一期的趋势值,如此逐项递移求得一系列的移动平均数,形成一个新的、派生的平均数时间序列。l 在新的时间序列中偶然因素的影响被削弱,从而呈现出现象在较长时间的基本发展趋势。第二十三页,
16、本课件共有62页移动平均法移动平均法(Moving Average Method)(Moving Average Method)1.1.测定长期趋势的一种较简单的常用方法测定长期趋势的一种较简单的常用方法移动平均是选择一定的平均项数或步长移动平均是选择一定的平均项数或步长K K ,采用逐项递移的方法对原时间序列计算一系列采用逐项递移的方法对原时间序列计算一系列 移动平均数移动平均数,揭示现象在较长时间内的发展趋;揭示现象在较长时间内的发展趋;若平均的数据项数为若平均的数据项数为K,K,就称为就称为K K期期(项项)移动平均移动平均.2 2、移动步长为、移动步长为K K(1(1K K n n)的
17、移动平均序列为的移动平均序列为第二十四页,本课件共有62页移动平均法移动平均法 (实例实例)表表表表11-6 198111-6 198111-6 198111-6 19811998199819981998年我国汽车产量数据年我国汽车产量数据年我国汽车产量数据年我国汽车产量数据年年 份份产量产量(万辆万辆)年份年份产量产量(万辆万辆)19811981198219821983198319841984198519851986198619871987198819881989198917.5617.5619.6319.6323.9823.9831.6431.6443.7243.7236.9836.984
18、7.1847.1864.4764.4758.3558.3519901990199119911992199219931993199419941995199519961996199719971998199851.4051.4071.4271.42106.67106.67129.85129.85136.69136.69145.27145.27147.52147.52158.25158.25163.00163.00【例例】已已 知知1981198119981998年年我我汽汽车车产产量量数数据据如如右右表表,分分别别计计算算三三年年和和五五年年移移动动平平均均趋趋势值势值.第二十五页,本课件共有62页
19、年份年份产量产量(万辆万辆)3 3期移动平均期移动平均5 5期移动平均期移动平均1981198117.5617.561982198219.6319.6320.3920.391983198323.9823.9825.0825.0827.3127.311984198431.6431.6433.1133.1131.1931.191985198543.7243.7237.4537.4536.7036.701986198636.9836.9842.6342.6344.8044.801987198747.1847.1849.5449.5450.1450.141988198864.4764.4756.675
20、6.6751.6851.681989198958.3558.3558.0758.0758.5658.561990199051.451.460.3960.3970.4670.461991199171.4271.4276.5076.5083.5483.5419921992106.67106.67102.65102.6599.2199.2119931993129.85129.85124.40124.40117.98117.9819941994136.69136.69137.27137.27133.20133.2019951995145.27145.27143.16143.16143.52143.52
21、19961996147.52147.52150.35150.35150.15150.1519971997158.25158.25156.26156.2619981998163163第二十六页,本课件共有62页移动平均法的特点移动平均法的特点1.1.移动平均后的值应放在各移动项的中间位移动平均后的值应放在各移动项的中间位uu 对于偶数项移动平均需要进行对于偶数项移动平均需要进行“中心化中心化”2.2.通通过过移移动动平平均均可可以以消消除除不不规规则则变变动动,且且平平均均项项数数越多越多,消除的不规则变动越多消除的不规则变动越多;3.3.如如果果现现象象的的发发展展具具有有一一定定的的周周期期
22、性性,应应以以周周期期长长度度作作为为移移动动间间隔隔的的长长度度,可可以以消消除除时时间间序序列列中中的的季节变动季节变动;4.4.移动平均法对序列具有平滑修匀作用移动平均法对序列具有平滑修匀作用,使得原使得原 序序 列的的起伏波动被消弱了列的的起伏波动被消弱了,平均项数平均项数K K越大越大,对对 序列的平滑修匀作用越强序列的平滑修匀作用越强;第二十七页,本课件共有62页5.5.移动平均后移动平均后,移动平均值序列较原序列项数要少移动平均值序列较原序列项数要少,K K为奇数时为奇数时,新序列首尾各少新序列首尾各少(K-1)/2(K-1)/2项;项;K K为偶为偶 数时数时,新序列首尾各少新
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