二阶微分背后的直觉是什么?


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有时可能需要更改时间序列以使其静止。但是,我不明白当一阶微分不够时,二阶微分如何帮助使其平稳。

您能否对二阶微分及其需要的情形给出直观的解释?

Answers:


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二阶微分是与二阶导数的离散类比。对于离散时间序列,二阶差表示在给定时间点的序列曲率。如果二阶差为正,则时间序列在那个时候向上弯曲;如果二阶差为负,则时间序列在那个时候向下弯曲。

离散时间序列{Xt|tZ}在时间t的\ mathbb {Z} \}中的tt为:

Δ2Xt=Δ(ΔXt)=Δ(XtXt1)=ΔXtΔXt1=(XtXt1)(Xt1Xt2)=Xt2Xt1+Xt2.

这是正面的,如果和负如果(和零,如果)。如果此时系列的向上变化(向下变化较小)比前一次大,则曲线为正曲率;如果此时系列的向上变化(向下变化较小)比上一次变化小,有负曲率。ΔXt>ΔXt1ΔXt<ΔXt1ΔXt=ΔXt1


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两个想法:

递归。一阶差异后,您有什么?在正确的条件下,另一个时间序列更接近平稳。如果距离不够近,那么您现在的时间序列不是平稳的,并且您希望将其移近平稳,因此需要一阶差分。(这恰好是原始时间序列的二阶差。)如果所差的时间序列与静止时间的距离不够近,则您[递归] ...

衍生品。假设您每10分钟记录一次汽车的GPS位置。如果我可以从任意两天中获取GPS点并将其显示给您,而您却无法弄清楚那是哪一天-也许甚至无法真正告诉另一天-您的位置数据将是固定的。

但是,如果您每天开车去附近的另一个城市呆两个星期?您很容易就能分辨出这两天之间的时差-甚至甚至可以确切地知道我向您展示的那一天。不平稳。

也许,如果您改为每隔10分钟记录一次您离家的距离,那将使您的数据更稳定。距离不包括方向,所以也许现在您这两周的数据看起来几乎一样?(例如,平均位置是家。)

假设您选择从纽约直达洛杉矶。距离技巧不起作用,因为您的距离会给您几天之间的明显区别。

但是您可以选择每10分钟记录一次速度。在州际公路上驾车越野时,您的日子往往看起来很相似,从速度来看。也就是说,您的速度将保持稳定。

假设时间0的位置是,而10分钟和20分钟后的位置分别是和。在每10分钟间隔中行进的距离将为和,将其除以时间间隔可得出速度(与速度相同,但方向相同)。第二个微分是加速度。如果速度是固定的,并且车辆一直在行驶,则位置的差异也将是固定的。L0L1L2D1=L1L0D2=L2L1A2=D2D1=L22L1+L0

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