SAS学习系列39. 时间序列分析—ARIMA模型(2)

2019-08-26 18:43

二、MA(q)模型——q阶移动平均模型

1. 模型:

其中,?q?0,随机干扰序列?t为0均值、??2方差的白噪声序列(E(?t?s)?0, t≠s)。

若μ=0,称为中心化的MA(q)模型,非中心化的MA(q)模型可以通过xt*?xt??转化为中心化。

记B为延迟算子,?q(B)?I??1B????qBq称为q阶自移动平均系数多项式,则中心化MA(q)模型可以表示为xt??q(B)?t.

2. 模型的方差

3. 模型的自协方差

只与滞后阶数k相关,且q阶截尾。当k=0时,

当1≤k≤q时,

当k>q时,?(k)?0.

4. 模型的自相关函数:?(k)??(k)(q阶截尾性) ?(0)

5. 模型的滞后k阶偏自相关函数(中心化)

可以证明滞后k阶偏自相关函数具有拖尾性。

6. 模型的可逆性 以MR(1)为例,

模型Ⅰ:xt??t??1?t?1 或 xt??t

1??1B模型Ⅱ:xt??t?1?1?t?1 或 1?xt1??t B?1它们的自相关函数?1???1/(1??12)相同(即相同的自相关函数对应不同的回归模型),为了保证对应的唯一性,需要增加约束条件,即MR(q)模型的可逆性条件。

观察两个模型的第二种表示:当|?1|?1时,模型Ⅰ收敛、模型Ⅱ不收敛;当|?1|?1时,模型Ⅰ不收敛、模型Ⅱ收敛。

表示成收敛形式的MR(q)模型称为可逆MR(q)模型。一个自相关函数只对应唯一一个可逆MR(q)模型。

三、ARMA(p, q)模型——自回归移动平均模型

1. 模型

其中,?p?0,?q?0,随机干扰序列εt为0均值、??2方差的白噪声序列(E(?t?s)?0, t≠s),且当期的干扰与过去的序列值无关,即E(xtεt)=0.

若?0=0,则称为中心化的ARMA(p,q)模型。引入延迟算子,中心化的ARMA(p,q)模型可表示为:?p(B)xt??q(B)?t.

显然,AR(p)和MA(q)模型是ARMA(p,q)模型的特例。 2. 数字特征 (1)均值:E(xt)??01??1????p;

(2)自协方差函数:?(k)????GiGi?k,其中Gi为格林函数;

2i?0??(k)(3)自相关函数:?(k)???(0)?GGii?0?i?k?Gi?0?

2i

3. 模型的初步定阶

对于平稳非白噪声序列,计算出样本自相关系数(ACF)和偏自

?,?和移动平均阶数q相关系数(PACF),根据其性质估计自相关阶数p称为ARMA(p,q)模型的定阶。

?都近似服?(k)和偏自相关函数?可以推导出:样本自相关函数?kk1从正态分布N(0,).

n取显著水平α=0.05,若样本自相关系数和样本偏自相关系数在最初的k阶明显大于2倍标准差,而后几乎95%的系数都落在2倍标准差的范围内,且非零系数衰减为小值波动的过程非常突然,通常视为k阶截尾;若有超过5%的样本相关系数大于2倍标准差,或者非零系数衰减为小值波动的过程比较缓慢或连续,通常视为拖尾。

4. 参数估计

对非中心化的ARMA(p,q)模型

xt????q(B)?p(B)?t.

参数μ可用样本均值来估计总体均值(矩估计法),初步定阶估计出

?后,模型共有p+q+1个未知参数:?和移动平均阶数q自相关阶数p?1,?,?p,?1,?,?q,??2.

(1)参数的矩估计

用时间序列样本数据计算出延迟1阶到p+q阶的样本自相关函数

?(k),延迟k阶的总体自相关函数为?k(?1,?,?p,?1,?,?q). 用计算出?的样本自相关函数来估计总体自相函数,得到p+q个联立方程组:

?,?,??,??,?,??. 从中解出?1,?,?p,?1,?,?q的值作为未知参数估计值?1p1qARMA(p,q)模型的两边同时求方差,并把前面的参数的估计值代入,可得白噪声序列的方差估计为:

(2)参数的极大似然估计

当总体分布类型已知时,极大似然估计是常用的估计方法。其基本思想是,认为样本来自使该样本出现概率最大的总体。

因此,未知参数的极大似然估计,就是使得似然函数(即联合密度函数)达到最大值的参数值:


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