3.3时间序列分析3.3.1时间序列概述1. 基本概念(1)一般概念:系统中某一变量的观测值按时间顺序(时间间隔相同)排列成一个数值序列,展示研究对象在一定时期内的变动过程,从中寻找和分析事物的变化特征、发展趋势和规律。
它是系统中某一变量受其它各种因素影响的总结果。(2)研究实质:通过处理预测目标本身的时间序列数据,获得事物随时间过程的演变特性与规律,进而预测事物的未来发展。
它不研究事物之间相互依存的因果关系。(3)假设基础:惯性原则。
即在一定条件下,被预测事物的过去变化趋势会延续到未来。暗示着历史数据存在着某些信息,利用它们可以解释与预测时间序列的现在和未来。
近大远小原理(时间越近的数据影响力越大)和无季节性、无趋势性、线性、常数方差等。(4)研究意义:许多经济、金融、商业等方面的数据都是时间序列数据。
时间序列的预测和评估技术相对完善,其预测情景相对明确。 尤其关注预测目标可用数据的数量和质量,即时间序列的长度和预测的频率。
2. 变动特点(1)趋势性:某个变量随着时间进展或自变量变化,呈现一种比较缓慢而长期的持续上升、下降、停留的同性质变动趋向,但变动幅度可能不等。(2)周期性:某因素由于外部影响随着自然季节的交替出现高峰与低谷的规律。
(3)随机性:个别为随机变动,整体呈统计规律。(4)综合性:实际变化情况一般是几种变动的叠加或组合。
预测时一般设法过滤除去不规则变动,突出反映趋势性和周期性变动。3. 特征识别认识时间序列所具有的变动特征,以便在系统预测时选择采用不同的方法。
(1)随机性:均匀分布、无规则分布,可能符合某统计分布。(用因变量的散点图和直方图及其包含的正态分布检验随机性,大多数服从正态分布。)
(2)平稳性:样本序列的自相关函数在某一固定水平线附近摆动,即方差和数学期望稳定为常数。 样本序列的自相关函数只是时间间隔的函数,与时间起点无关。
其具有对称性,能反映平稳序列的周期性变化。 特征识别利用自相关函数ACF:ρk=γk/γ0 其中γk是yt的k阶自协方差,且ρ0=1、-1<ρk<1。
平稳过程的自相关系数和偏自相关系数都会以某种方式衰减趋近于0,前者测度当前序列与先前序列之间简单和常规的相关程度,后者是在控制其它先前序列的影响后,测度当前序列与某一先前序列之间的相关程度。实际上,预测模型大都难以满足这些条件,现实的经济、金融、商业等序列都是非稳定的,但通过数据处理可以变换为平稳的。
4. 预测类型(1)点预测:确定唯一的最好预测数值,其给出了时间序列未来发展趋势的一个简单、直接的结果。但常产生一个非零的预测误差,其不确定程度为点预测值的置信区间。
(2)区间预测:未来预测值的一个区间,即期望序列的实际值以某一概率落入该区间范围内。区间的长度传递了预测不确定性的程度,区间的中点为点预测值。
(3)密度预测:序列未来预测值的一个完整的概率分布。根据密度预测,可建立任意置信水平的区间预测,但需要额外的假设和涉及复杂的计算方法。
5. 基本步骤(1)分析数据序列的变化特征。(2)选择模型形式和参数检验。
(3)利用模型进行趋势预测。(4)评估预测结果并修正模型。
3.3.2随机时间序列系统中某一因素变量的时间序列数据没有确定的变化形式,也不能用时间的确定函数描述,但可以用概率统计方法寻求比较合适的随机模型近似反映其变化规律。(自变量不直接含有时间变量,但隐含时间因素)1. 自回归AR(p)模型(R:模型的名称 P:模型的参数)(自己影响自己,但可能存在误差,误差即没有考虑到的因素)(1)模型形式(εt越小越好,但不能为0:ε为0表示只受以前Y的历史的影响不受其他因素影响) yt=φ1yt-1+φ2yt-2+……+φpyt-p+εt 式中假设:yt的变化主要与时间序列的历史数据有关,与其它因素无关; εt不同时刻互不相关,εt与yt历史序列不相关。
式中符号:p模型的阶次,滞后的时间周期,通过实验和参数确定;yt当前预测值,与自身过去观测值yt-1、…、yt-p是同一序列不同时刻的随机变量,相互间有线性关系,也反映时间滞后关系;yt-1、yt-2、……、yt-p同一平稳序列过去p个时期的观测值;φ1、φ2、……、φp自回归系数,通过计算得出的权数,表达yt依赖于过去的程度,且这种依赖关系恒定不变;εt随机干扰误差项,是0均值、常方差σ2、独立的白噪声序列,通过估计指定的模型获得。(2)识别条件 当k>p时,有φk=0或φk服从渐近正态分布N(0,1/n)且(|φk|>2/n1/2)的个数≤4.5%,即平稳时间序列的偏相关系数φk为p步截尾,自相关系数rk逐步衰减而不截尾,则序列是AR(p)模型。
实际中,一般AR过程的ACF函数呈单边递减或阻尼振荡,所以用PACF函数判别(从p阶开始的所有偏自相关系数均为0)。(3)平稳条件 一阶:|φ1|<1。
二阶:φ1+φ2<1、φ1-φ2<1、|φ2|<1。φ越大,自回归过程的波动影响越持久。
(4)模型意义 仅通过时间序列变量的自身历史观测值来反映有关因素对预测目标的影响和作用,不受模型变量相互独立的假设条件约束,所构成的模型可以消除普通回归预测方法中。
原发布者:医学之眼
时间序列分析及其SPSS操作教师:韩艳敏电话:13676798448(668448)一、时间序列分析概述时间序列是按时间顺序排列的、随时间变化且相互关联的数据序列。分析时间序列的方法构成数据分析的一个重要领域,即时间序列分析.时间序列根据所研究的依据不同,可有不同的分类1.按研究对象多少分:一元时间序列和多元时间序列;2.按时间连续性分:离散时间序列和连续时间序列;3.按序列的统计特性分:平稳时间序列和非平稳时间序列;4.按时间序列分布规律分:高斯型和非高斯型时间序列.时间序列国内生产总值等时间序列年份国内生产总值年末总人口人口自然增长率居民消费水平(亿元)(万人)(‰)(元).921617.826638.134634.446759.458478.167884.674772.479552..3912.9811.6011.4511.2110.5510.4210.069.主要内容:•平稳时间序列分析时—间序Bo列x分-J析en发k展in的s两(1个97阶6段)•非平稳时间序列分析—Engle-Granger(1987)•时间序列模型不同于经济计量模型的两个特点是:-这种建模方法不以经济理论为依据,而是依据变量自身的变化规律,利用外推机制描述时间序列的变化。-明确考虑时间序列的平稳性。如果时间序列非平稳,建立模型之前应先通过差分或者
3.3时间序列分析 3.3.1时间序列概述 1. 基本概念 (1)一般概念:系统中某一变量的观测值按时间顺序(时间间隔相同)排列成一个数值序列,展示研究对象在一定时期内的变动过程,从中寻找和分析事物的变化特征、发展趋势和规律。
它是系统中某一变量受其它各种因素影响的总结果。 (2)研究实质:通过处理预测目标本身的时间序列数据,获得事物随时间过程的演变特性与规律,进而预测事物的未来发展。
它不研究事物之间相互依存的因果关系。 (3)假设基础:惯性原则。
即在一定条件下,被预测事物的过去变化趋势会延续到未来。暗示着历史数据存在着某些信息,利用它们可以解释与预测时间序列的现在和未来。
近大远小原理(时间越近的数据影响力越大)和无季节性、无趋势性、线性、常数方差等。 (4)研究意义:许多经济、金融、商业等方面的数据都是时间序列数据。
时间序列的预测和评估技术相对完善,其预测情景相对明确。 尤其关注预测目标可用数据的数量和质量,即时间序列的长度和预测的频率。
2. 变动特点 (1)趋势性:某个变量随着时间进展或自变量变化,呈现一种比较缓慢而长期的持续上升、下降、停留的同性质变动趋向,但变动幅度可能不等。 (2)周期性:某因素由于外部影响随着自然季节的交替出现高峰与低谷的规律。
(3)随机性:个别为随机变动,整体呈统计规律。 (4)综合性:实际变化情况一般是几种变动的叠加或组合。
预测时一般设法过滤除去不规则变动,突出反映趋势性和周期性变动。 3. 特征识别 认识时间序列所具有的变动特征,以便在系统预测时选择采用不同的方法。
(1)随机性:均匀分布、无规则分布,可能符合某统计分布。(用因变量的散点图和直方图及其包含的正态分布检验随机性,大多数服从正态分布。)
(2)平稳性:样本序列的自相关函数在某一固定水平线附近摆动,即方差和数学期望稳定为常数。 样本序列的自相关函数只是时间间隔的函数,与时间起点无关。
其具有对称性,能反映平稳序列的周期性变化。 特征识别利用自相关函数ACF:ρk=γk/γ0 其中γk是yt的k阶自协方差,且ρ0=1、-1<ρk<1。
平稳过程的自相关系数和偏自相关系数都会以某种方式衰减趋近于0,前者测度当前序列与先前序列之间简单和常规的相关程度,后者是在控制其它先前序列的影响后,测度当前序列与某一先前序列之间的相关程度。 实际上,预测模型大都难以满足这些条件,现实的经济、金融、商业等序列都是非稳定的,但通过数据处理可以变换为平稳的。
4. 预测类型 (1)点预测:确定唯一的最好预测数值,其给出了时间序列未来发展趋势的一个简单、直接的结果。但常产生一个非零的预测误差,其不确定程度为点预测值的置信区间。
(2)区间预测:未来预测值的一个区间,即期望序列的实际值以某一概率落入该区间范围内。区间的长度传递了预测不确定性的程度,区间的中点为点预测值。
(3)密度预测:序列未来预测值的一个完整的概率分布。根据密度预测,可建立任意置信水平的区间预测,但需要额外的假设和涉及复杂的计算方法。
5. 基本步骤 (1)分析数据序列的变化特征。 (2)选择模型形式和参数检验。
(3)利用模型进行趋势预测。 (4)评估预测结果并修正模型。
3.3.2随机时间序列 系统中某一因素变量的时间序列数据没有确定的变化形式,也不能用时间的确定函数描述,但可以用概率统计方法寻求比较合适的随机模型近似反映其变化规律。(自变量不直接含有时间变量,但隐含时间因素) 1. 自回归AR(p)模型 (R:模型的名称 P:模型的参数)(自己影响自己,但可能存在误差,误差即没有考虑到的因素) (1)模型形式(εt越小越好,但不能为0:ε为0表示只受以前Y的历史的影响不受其他因素影响) yt=φ1yt-1+φ2yt-2+……+φpyt-p+εt 式中假设:yt的变化主要与时间序列的历史数据有关,与其它因素无关; εt不同时刻互不相关,εt与yt历史序列不相关。
式中符号:p模型的阶次,滞后的时间周期,通过实验和参数确定; yt当前预测值,与自身过去观测值yt-1、…、yt-p是同一序列不同时刻的随机变量,相互间有线性关系,也反映时间滞后关系; yt-1、yt-2、……、yt-p同一平稳序列过去p个时期的观测值; φ1、φ2、……、φp自回归系数,通过计算得出的权数,表达yt依赖于过去的程度,且这种依赖关系恒定不变; εt随机干扰误差项,是0均值、常方差σ2、独立的白噪声序列,通过估计指定的模型获得。 (2)识别条件 当k>p时,有φk=0或φk服从渐近正态分布N(0,1/n)且(|φk|>2/n1/2)的个数≤4.5%,即平稳时间序列的偏相关系数φk为p步截尾,自相关系数rk逐步衰减而不截尾,则序列是AR(p)模型。
实际中,一般AR过程的ACF函数呈单边递减或阻尼振荡,所以用PACF函数判别(从p阶开始的所有偏自相关系数均为0)。 (3)平稳条件 一阶:|φ1|<1。
二阶:φ1+φ2<1、φ1-φ2<1、|φ2|<1。φ越大,自回归过程的波动影响越持久。
(4)模型意义 仅通过时间序列变量的自身历史观测值来反映有关因素对预测目标的影响和作用,不受模型变量相互独立的假设条件约束,所构成的模型可以消除普通回归预测方法中由于自变量选择、多重共线性等造成的。
1、时间序列 取自某一个随机过程,如果此随机过程的随机特征不随时间变化,则我们称过程是平稳的;假如该随机过程的随机特征随时间变化,则称过程是非平稳的。
2、宽平稳时间序列的定义:设时间序列 ,对于任意的 , 和 ,满足: 则称 宽平稳。 3、Box-Jenkins方法是一种理论较为完善的统计预测方法。
他们的工作为实际工作者提供了对时间序列进行分析、预测,以及对ARMA模型识别、估计和诊断的系统方法。使ARMA模型的建立有了一套完整、正规、结构化的建模方法,并且具有统计上的完善性和牢固的理论基础。
4、ARMA模型三种基本形式:自回归模型(AR:Auto-regressive),移动平均模型(MA:Moving-Average)和混合模型(ARMA:Auto-regressive Moving-Average)。 (1) 自回归模型AR(p):如果时间序列 满足 其中 是独立同分布的随机变量序列,且满足: , 则称时间序列 服从p阶自回归模型。
或者记为 。 平稳条件:滞后算子多项式 的根均在单位圆外,即 的根大于1。
(2) 移动平均模型MA(q):如果时间序列 满足 则称时间序列 服从q阶移动平均模型。或者记为 。
平稳条件:任何条件下都平稳。 (3) ARMA(p,q)模型:如果时间序列 满足 则称时间序列 服从(p,q)阶自回归移动平均模型。
或者记为 。 特殊情况:q=0,模型即为AR(p),p=0, 模型即为MA(q)。
二、时间序列的自相关分析 1、自相关分析法是进行时间序列分析的有效方法,它简单易行、较为直观,根据绘制的自相关分析图和偏自相关分析图,我们可以初步地识别平稳序列的模型类型和模型阶数。利用自相关分析法可以测定时间序列的随机性和平稳性,以及时间序列的季节性。
2、自相关函数的定义:滞后期为k的自协方差函数为: ,则 的自相关函数为: ,其中 。当序列平稳时,自相关函数可写为: 。
3、样本自相关函数为: ,其中 ,它可以说明不同时期的数据之间的相关程度,其取值范围在-1到1之间,值越接近于1,说明时间序列的自相关程度越高。 4、样本的偏自相关函数: 其中, 。
5、时间序列的随机性,是指时间序列各项之间没有相关关系的特征。使用自相关分析图判断时间序列的随机性,一般给出如下准则: ①若时间序列的自相关函数基本上都落入置信区间,则该时间序列具有随机性; ②若较多自相关函数落在置信区间之外,则认为该时间序列不具有随机性。
6、判断时间序列是否平稳,是一项很重要的工作。运用自相关分析图判定时间序列平稳性的准则是:①若时间序列的自相关函数 在k>3时都落入置信区间,且逐渐趋于零,则该时间序列具有平稳性;②若时间序列的自相关函数更多地落在置信区间外面,则该时间序列就不具有平稳性。
7、ARMA模型的自相关分析 AR(p)模型的偏自相关函数 是以p步截尾的,自相关函数拖尾。MA(q)模型的自相关函数具有q步截尾性,偏自相关函数拖尾。
这两个性质可以分别用来识别自回归模型和移动平均模型的阶数。ARMA(p,q)模型的自相关函数和偏相关函数都是拖尾的。
三、单位根检验和协整检验 1、单位根检验 ①利用迪基—福勒检验( Dickey-Fuller Test)和菲利普斯—佩荣检验(Philips-Perron Test),我们也可以测定时间序列的随机性,这是在计量经济学中非常重要的两种单位根检验方法,与前者不同的事,后一个检验方法主要应用于一阶自回归模型的残差不是白噪声,而且存在自相关的情况。 ②随机游动 如果在一个随机过程中, 的每一次变化均来自于一个均值为零的独立同分布,即随机过程 满足: , ,其中 独立同分布,并且: , 称这个随机过程是随机游动。
它是一个非平稳过程。 ③单位根过程 设随机过程 满足: , ,其中 , 为一个平稳过程并且 ,,。
2、协整关系 如果两个或多个非平稳的时间序列,其某个现性组合后的序列呈平稳性,这样的时间序列间就被称为有协整关系存在。这是一个很重要的概念,我们利用Engle-Granger两步协整检验法和J 很高兴回答楼主的问题 如有错误请见谅。
spss如何做主成分分析 主成分分析的主要原理是寻找一个适当的线性变换: •将彼此相关的变量转变为彼此独立的新变量; •方差较大的几个新变量就能综合反应原多个变量所包含的主要信息; •新变量各自带有独特的专业含义。
住成分分析的作用是: •减少指标变量的个数 •解决多重相关性问题 步骤阅读 工具/原料 spss20.0 方法/步骤 >01 先在spss中准备好要处理的数据,然后在菜单栏上执行:analyse--dimension reduction--factor analyse。打开因素分析对话框 >02 我们看到下图就是因素分析的对话框,将要分析的变量都放入variables窗口中 >03 点击descriptives按钮,进入次级对话框,这个对话框可以输出我们想要看到的描述统计量 >04 因为做主成分分析需要我们看一下各个变量之间的相关,对变量间的关系有一个了解,所以需要输出相关,勾选coefficience,点击continue,返回主对话框 >05 回到主对话框,点击ok,开始输出数据处理结果 >06 你看到的这第一个表格就是相关矩阵,现实的是各个变量之间的相关系数,通过相关系数,你可以看到各个变量之间的相关,进而了解各个变量之间的关系 >07 第二个表格显示的主成分分析的过程,我们看到eigenvalues下面的total栏,他的意思就是特征根,他的意义是主成分影响力度的指标,一般以1为标准,如果特征根小于1,说明这个主因素的影响力度还不如一个基本的变量。
所以我们只提取特征根大于1的主成分。如图所示,前三个主成分就是大于1的,所以我们只能说有三个主成分。
另外,我们看到第一个主成分方差占所有主成分方差的46.9%,第二个占27.5%,第三个占15.0%。这三个累计达到了89.5%。
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