ARIMA模型的循环行为的条件


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我正在尝试建模和预测一个周期性而不是季节性的时间序列(即存在类似季节性的模式,但没有固定的时间段)。可以使用ARIMA模型来做到这一点,如“ 预测:原理和实践”第8.5节所述:

如果数据显示周期,则的值p很重要。为了获得环预测,有必要具有p≥2与对参数的一些附加条件一起。对于AR(2)模型,如果,则会发生循环行为ϕ12+4ϕ2<0。

在一般ARIMA(p,d,q)情况下,参数的这些附加条件是什么?我到处都找不到。


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您是否已经研究过多项式复数根ϕ(B)?看来这可能是引用所指的内容。
— 杰森

Answers:


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一些图形直觉

在AR模型中,循环行为从复共轭根到特征多项式。首先给出直觉,我将下面的脉冲响应函数绘制到两个示例AR(2)模型上。

  1. 具有复杂根源的持久过程。
  2. 具有真正根源的持久过程。

对于j=1…,p,特征多项式的根为1λj其中λ1,…,λp是特征值A矩阵I下面定义。与复共轭本征值λ=reiωt和λ¯=re−iωt时,r控制阻尼(其中,r∈[0,1))和ω控制余弦波的频率。

详细的AR(2)示例

假设我们有AR(2):

ÿŤ=ϕ1个ÿŤ-1个+ϕ2ÿŤ-2+ϵŤ

您可以将任何AR(p)编写为VAR(1)。在这种情况下,VAR(1)表示为:

[ytyt−1]⏟Xt=[ϕ1ϕ210]⏟A[yt−1yt−2]⏟Xt−1+[ϵt0]⏟Ut
矩阵A支配Xt和yt动力学。矩阵特征方程A是:
λ2−ϕ1λ−ϕ2=0
的特征值A为:
λ1=ϕ1+ϕ12+4ϕ22λ2=ϕ1−ϕ12+4ϕ22
的特征向量A是:
v1=[λ11]v2=[λ21]

注意,E⁡[Xt+k∣Xt,Xt−1,…]=AkXt。形成特征值分解并将A提高到第k次方。

Ak=[λ1λ211][λ1k00λ2k][1λ1−λ2−λ2λ1−λ2−1λ1−λ2λ1λ1−λ2]

一个真正的特征值λ导致衰减为你提高λk。具有非零虚分量的特征值会导致循环行为。

虚部情况下的特征值:ϕ12+4ϕ2<0

在AR(2)上下文中,如果ϕ12+4ϕ2<0,则我们具有复特征值。因为A是真实的,它们必须是成对出现的是共轭复数对方。

根据Prado and West(2010)的第2章,令

ct=λλ−λ¯yt−λλ¯λ−λ¯yt−1

您可以显示预测E⁡[yt+k∣yt,yt−1,…]由下式给出:

E⁡[yt+k∣yt,yt−1,…]=ctλk+c¯tλ¯k=atrkcos⁡(ωk+θt)

松散地说,添加复共轭会抵消它们的虚部,从而使您在实数空间中只有一个阻尼余弦波。(注意我们必须有0≤r<1为平稳。)

如果你想找到r,ω,at,θt,通过启动欧拉公式是reiθ=rcos⁡θ+rsin⁡θ,我们可以这样写:

λ=reiωλ¯=re−iωr=|λ|=−ϕ2
ω=atan2⁡(imag⁡λ,real⁡λ)=atan2⁡(12−ϕ12−4ϕ2,12ϕ1)

at=2|ct|θt=atan2⁡(imag⁡ct,real⁡ct)

附录

注意令人困惑的术语警告!将A的特征多项式与AR(p)的特征多项式相关

另一个时间序列技巧是使用lag运算符将AR(p)编写为:

(1−ϕ1L−ϕ2L2−…−ϕpLp)yt=ϵt

Lz1−ϕ1z−…−ϕpzpAz=1λz|λ|<1|z|>1

参考文献

Prado,Raquel和Mike West,《时间序列:建模,计算和推理》,2010年


我很惊讶我是目前唯一的投票最多的人。好答案!
— 泰勒

@Taylor这是一个古老的,不活跃的问题。:)
— 马修·冈恩
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