应用时间序列分析实验手册.pdf
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1、 应用时间序列分析 实验手册 目 录 目 录.错误!未定义书签。第一章 Eviews 的基本操作.错误!未定义书签。第二章 时间序列的预解决.错误!未定义书签。一、平稳性检查.错误!未定义书签。二、纯随机性检查.错误!未定义书签。第三章 平稳时间序列建模实验教程.错误!未定义书签。一、模型辨认.错误!未定义书签。二、模型参数估计.错误!未定义书签。三、模型的显著性检查.错误!未定义书签。四、模型优化.错误!未定义书签。第四章 非平稳时间序列的拟定性分析.错误!未定义书签。一、趋势分析.错误!未定义书签。二、季节效应分析.错误!未定义书签。三、综合分析.错误!未定义书签。第五章 非平稳序列的随机
2、分析.错误!未定义书签。一、差分法提取拟定性信息.错误!未定义书签。二、ARIMA 模型.错误!未定义书签。三、季节模型.错误!未定义书签。第一章 Eviews 的基本操作 The Workfile(工作簿)Workfile 就像你的一个桌面,上面放有许多 Objects,在使用 Eviews 时一方面应当打开该桌面,假如想永久保存 Workfile 及其中的内容,关机时必须将该Workfile 存到硬盘或软盘上,否则会丢失。(一)、创建一个新的 Workfile 打开 Eviews 后,点击 file/new/workfile,弹出一个 workfile range 对话框(图 1)。图 1
3、 该对话框是定义 workfile 的频率,该频率规定了 workfile 中包含的所有objects 频率。也就是说,假如 workfile 的频率是年度数据,则其中的 objects 也是年度数据,并且 objects 数据范围小于等于 workfile 的范围。例如我们选择年度数据(Annual),在起始日(Start date)、终止日(End date)分别键入 1970、1998,然后点击 OK,一个新的 workfile 就建立了(图 2)。图2 在workfile 窗口顶部,有一些重要的工具按钮,使用这些按钮可以存储workfile、改变 样本范围、存取object、生成新的变
4、量等操作,稍后我们会具体介绍这些按钮的功能。在新建的 workfile 中已经存在两个 objects,即 c 和 residual。c 是系数向量、residual 是残差序列,当估计完一个模型后,该模型的系数、残差就分别保存在c 和 residual 中。workfile窗口中重要按钮的功能:1.PROCS(解决):Procs按钮包含sample(样本)、change workfile range(改变工作簿范围)、generate series(生成序列)、sort series(对序列排序)、import(导入数据)、export(导出数据)六个功能,其中sample和generate
5、已出现在workfile窗口顶部。sample(样本)的功能是改变样本的范围,但不能超过工作簿范围(workfile range)。假如样本范围需要超过工作簿范围,先修改工作簿范围,然后再改变样本范围。例如点击proc/sample/OK,弹出一个对话框(图3),在上面空白处键入新的样本范围1980至1990,注意中间要空格,点击OK,这样样本范围改变了。图3 change workfile range(改变工作簿范围)功能是改变当前workfile的范围,其操作与样本范围的改变相似。一般是在模型建好后,外推预测时需要改变样本或工作薄范围。generate series功能是在现有变量的基础上
6、,生成新的变量。如点击proc/generate/OK或直接点击窗口顶部的GENR,弹出一个对话框。sort series 功能是对序列排序。Import 功能是从其他软件中(如 EXCEL)导入数据。Export功能与Import相反,是将Eviews数据输出到其他软件中,具体操作与Import相似。2、OBJECTS(对象):该按钮功能重要是对Objects进行操作,涉及新建、存取、删除、重新命名、复制等。点击Objects,出现下拉菜单,菜单中包含很多功能,其中一些功能以按钮形式出现在workfile窗口顶部,如fetch(取出)、store(存储)、delete(删除)。3、SAVE(
7、保存):功能是将当前workfile保存在硬盘或软盘。假如是新建的workfile,会弹出一个对话框,需要指明存放的位置及文献名。假如是原有的workfile,不会出现对话框,点击SAVE,作用是随时保存该workfile。建议在使用Eviews时,应经常点击SAVE按钮,避免电脑出现故障,而丢失未能保存的内容。这里需要提醒的是,SAVE按钮与STORE按钮的区别。SAVE按钮保存的是整个workfile,而STORE存储的是个别Object。(二)、打开已经存在的workfile 双击Eviews图标,进入Eviews主画面。点击File/New/Workfile/click,弹出对话框,给
8、出要打开的workfile所在途径及文献名,点击OK,则所需的workfile就被打开。(三)、workfile频率的设定 各种频率的输入方法如下:1、Annual:直接输入年份,如1998;若是20世纪内,则可只输入年份的后两个字,如98表达1998年。2、Semi-Annual:格式与Annual同样。3、Quarterly:年份全称或后两个字接冒号(或空格),再接季度,如1992:1(或1992 1),表达1992年第一季度。4、Monthly:年份全称或后面两个字接冒号(或空格),再接月度序号,如1990:1(或1990 1)。5、Daily:格式为“月度序号:日期:年份”,如9:2:
9、2023表达2023年9月2日。6、Weekly:格式与Daily相似,也是“月度序号:日期:年份”,但这里的日期是某个星期的某一天,当给定起始日时,系统会自动推算终止日期。第二章 时间序列的预解决 一、平稳性检查 时序图检查和自相关图检查(一)时序图检查 根据平稳时间序列均值、方差为常数的性质,平稳序列的时序图应当显示出该序列 始终在一个常数值附近随机波动,并且波动的范围有界、无明显趋势及周期特性。例 2.1 检查 1949 年1998 年北京市每年最高气温的平稳性 1.在 Eviews 软件中打开案例数据 图 1:打开外来数据 图 2:打开数据文献夹中案例数据文献夹中数据 文献中序列的名称
10、可以在打开的时候输入,或者在打开的数据中输入 图 3:打开过程中给序列命名 图 4:打开数据 2.绘制时序图 可以如下图所示选择序列然后点 Quick 选择 Scatter 或者 XYline;绘制好后可以双击图片对其进行修饰,如颜色、线条、点等 图 1:绘制散点图 图 2:年份和气温的散点图 33343536373839404150556065707580859095QW 图 3:年份和气温的散点图(二)自相关图检查 例 2.2 导入数据,方式同上;在 Quick 菜单下选择自相关图,对 QW 原列进行分析;可以看出自相关系数始终在零周边波动,鉴定该序列为平稳时间序列。图 1:序列的相关分析
11、 图 2:输入序列名称 图 3:选择相关分析的对象 图 4:序列的相关分析结果:1.可以看出自相关系数始终在零周边波动,鉴定该序列为平稳时间序列 2.看 Q 记录量的 P 值:该记录量的原假设为 X 的 1 期,2 期k 期的自相关系数均等于 0,备择假设为自相关系数中至少有一个不等于 0,因此如图知,该 P 值都5%的显著性水平,所以接受原假设,即序列是纯随机序列,即白噪声序列(由于序列值之间彼此之间没有任何关联,所以说过去的行为对将来的发展没有丝毫影响,因此为纯随机序列,即白噪声序列。)有的题目平稳性描述可以模仿书本 33 页最后一段。(三)平稳性检查还可以用:单位根检查:ADF,PP 检
12、查等;非参数检查:游程检查 图 1:序列的单位根检查 图 2:单位根检查的方法选择 图 3:ADF 检查的结果:如图,单位根记录量 ADF=-8.294675 小于 EVIEWS 给出的显著性水平 1%-10%的 ADF 临界值,所以不接受原假设,该序列是平稳的。二、纯随机性检查 计算 Q 记录量,根据其取值鉴定是否为纯随机序列。例 2.2 的自相关图中有 Q 记录量,其 P 值在 K=6、12 的时候均比较大,不能拒绝原假设,认为该序列是白噪声序列。此外,小样本情况下,LB 记录量检查纯随机性更准确。第三章 平稳时间序列建模实验教程 一、模型辨认 1.打开数据(某地区连续 74 年的谷物产量
13、(单位:千吨)图 1:打开数据 2.绘制趋势图并大体判断序列的特性 图 2:绘制序列散点图 图 3:输入散点图的变量 图 4:序列的散点图 3.绘制自相关和偏自相关图 图 1:在数据窗口下选择相关分析 图 2:选择变量 图 3:选择对象 图 4:序列相关图 4.根据自相关图和偏自相关图的性质拟定模型类型和阶数 假如样本(偏)自相关系数在最初的 d 阶明显大于两倍标准差范围,而后几乎 95的自相关系数都落在 2 倍标准差的范围以内,并且通常由非零自相关系数衰减为小值波动的过程非常忽然。这时,通常视为(偏)自相关系数截尾。截尾阶数为 d。本例:自相关图显示延迟 6 阶之后,自相关系数所有衰减到 2
14、 倍标准差范围内波动,这表白序列明显地短期相关。但序列由显著非零的相关系数衰减为小值波动的过程相称连续,相称缓慢,该自相关系数可视为不截尾 偏自相关图显示除了延迟 1 阶的偏自相关系数显著大于 2 倍标准差之外,其它的偏自相关系数都在 2 倍标准差范围内作小值随机波动,并且由非零相关系数衰减为小值波动的过程非常忽然,所以该偏自相关系数可视为一阶截尾 所以可以考虑拟合模型为 AR(1)自相关系数 偏相关系数 模型定阶 拖尾 P 阶截尾 AR(p)模型 q 阶截尾 拖尾 MA(q)模型 拖尾 拖尾 ARMA(p,q)模型 具体判别什么模型看书 58 到 62 页的图例。就是常数项)。表示的是求出来
15、的系数(其中模型中的模型:)(模型:模型:)1(MA)1(arB*)P(ARB*)2(ARB*)1(AR1B*)q(MAB*)2(MAB*)1(MA1ARMAB*)q(MAB*)2(MAB*)1(MA1MAB*)P(ARB*)2(ARB*)1(AR11ARtP2q2tXtq2tXtP2tX 二、模型参数估计 根据相关图模型拟定为 AR(1),建立模型估计参数 在ESTIMATE中按顺序输入变量x c x(-1)或者x c AR(1)选择LS参数估计方法,查看输出结果,看参数显著性,该例中两个参数都显著。细心的同学也许发现两个模型的 c 取值不同,这是由于前一个模型的 c 为截距项;后者的 c
16、则为序列盼望值,两个常数的含义不同。图 1:建立模型 图 2:输入模型中变量,选择参数估计方法 图 3:参数估计结果 图 4:建立模型 图 5:输入模型中变量,选择参数估计方法 图 6:参数估计结果 t372564.011845441.0txBAR模型:三、模型的显著性检查 检查内容:整个模型对信息的提取是否充足;参数的显著性检查,模型结构是否最简。图 1:模型残差 图 2:残差的平稳性和纯随机性检查 对残差序列进行白噪声检查,可以看出 ACF 和 PACF 都没有显著异于零,Q 记录量的P 值都远远大于 0.05,因此可以认为残差序列为白噪声序列,模型信息提取比较充足。常数和滞后一阶参数的
17、P 值都很小,参数显著;因此整个模型比较精简,模型较优。四、模型优化 当一个拟合模型通过了检查,说明在一定的置信水平下,该模型能有效地拟合观测值序列的波动,但这种有效模型并不是唯一的。当几个模型都是模型有效参数显著的,此时需要选择一个更好的模型,即进行优化。优化的目的,选择相对最优模型。优化准则:最小信息量准则(An Information Criterion)指导思想 似然函数值越大越好 未知参数的个数越少越好 AIC 准则的缺陷 在样本容量趋于无穷大时,由 AIC 准则选择的模型不收敛于真实模型,它通常比真实模型所含的未知参数个数要多 但是本例中滞后二阶的参数不显著,不符合精简原则,不必进
18、行进一步判断。)(2)ln(2未知参数个数nAIC)(ln()ln(2未知参数nnSBC第四章 非平稳时间序列的拟定性分析 第三章介绍了平稳时间序列的分析方法,但是自然界中绝大多数序列都是非平稳的,因而对非平稳时间序列的分析跟普遍跟重要,人们发明的分析方法也更多。这些方法分为拟定性时序分析和随机时序分析两大类,本章重要介绍拟定性时序分析方法。一个序列在任意时刻的值可以被精确拟定(或被预测),则该序列为拟定性序列,如正弦序列、周期脉冲序列等。而某序列在某时刻的取值是随机的,不能给以精确预测,只知道取某一数值的概率,如白噪声序列等。Cramer 分解定理说明每个序列都可以提成一个拟定序列加一个随机
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