Warunki cyklicznego zachowania modelu ARIMA


9

Próbuję modelować i prognozować szereg czasowy, który jest raczej cykliczny niż sezonowy (tzn. Istnieją wzorce podobne do sezonowych, ale nie z ustalonym okresem). Powinno to być możliwe przy użyciu modelu ARIMA, jak wspomniano w sekcji 8.5 Prognozowania: zasady i praktyka :

Wartość jest ważna, jeśli dane pokazują cykle. Aby uzyskać cykliczne prognozy, trzeba je miećpp≥2wraz z dodatkowymi warunkami dotyczącymi parametrów. W przypadku modelu AR (2) zachowanie cykliczne występuje, jeśliϕ12+4ϕ2<0.

Jakie są te dodatkowe warunki dotyczące parametrów w ogólnym przypadku ARIMA (p, d, q)? Nigdzie ich nie znalazłem.


1
Czy spojrzałeś na złożone korzenie wielomianu ϕ(B)w ogóle? Wygląda na to, że właśnie o to chodzi w cytacie.
— Jason

Odpowiedzi:


5

Trochę intuicji graficznej

W modelach AR zachowanie cykliczne pochodzi od złożonych pierwiastków sprzężonych z charakterystycznym wielomianem. Aby dać intuicję, narysowałem poniżej funkcje odpowiedzi impulsowej na dwóch przykładowych modelach AR (2).

  1. Trwały proces o złożonych korzeniach.
  2. Trwały proces z prawdziwymi korzeniami.

Dla j=1…,p, Korzenie charakterystycznego wielomianu to 1λj gdzie λ1,…,λp są wartościami własnymi Amacierz, którą zdefiniowałem poniżej. Ze złożonymi wartościami sprzężonymiλ=reiωt i λ¯=re−iωt, r kontroluje tłumienie (gdzie r∈[0,1)) i ω kontroluje częstotliwość fali cosinusowej.

Szczegółowy przykład AR (2)

Załóżmy, że mamy AR (2):

yt=ϕ1yt−1+ϕ2yt−2+ϵt

Możesz napisać dowolny AR (p) jako VAR (1) . W takim przypadku reprezentacja VAR (1) to:

[ytyt−1]⏟Xt=[ϕ1ϕ210]⏟A[yt−1yt−2]⏟Xt−1+[ϵt0]⏟Ut
Matryca A rządzi dynamiką Xt i stąd yt. Charakterystyczne równanie macierzyA jest:
λ2−ϕ1λ−ϕ2=0
Wartości własne A są:
λ1=ϕ1+ϕ12+4ϕ22λ2=ϕ1−ϕ12+4ϕ22
Wektory własne A są:
v1=[λ11]v2=[λ21]

Zauważ, że E⁡[Xt+k∣Xt,Xt−1,…]=AkXt. Formowanie rozkładu i wychowania wartości własnejA do kmoc

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

Prawdziwa wartość własna λ prowadzi do rozkładu, gdy podnosisz λk. Wartości własne z niezerowymi składnikami urojonymi prowadzą do zachowania cyklicznego.

Wartości własne z urojonym przypadkiem komponentu: ϕ12+4ϕ2<0

W kontekście AR (2) mamy złożone wartości własne if ϕ12+4ϕ2<0. OdAjest prawdziwe, muszą występować w parach, które są złożonymi sprzężonymi ze sobą.

Po rozdziale 2 Prado i Westa (2010), pozwól

ct=λλ−λ¯yt−λλ¯λ−λ¯yt−1

Możesz pokazać prognozę E⁡[yt+k∣yt,yt−1,…] jest dany przez:

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

Mówiąc swobodnie, dodawanie złożonych koniugatów anuluje ich wyimaginowany składnik, pozostawiając pojedynczą tłumioną falę kosinusową w przestrzeni liczb rzeczywistych. (Uwaga, musimy mieć0≤r<1 dla stacjonarności).

Jeśli chcesz znaleźć r, ω, at, θt, zacznij od użycia formuły Eulera, którareiθ=rcos⁡θ+rsin⁡θ, możemy pisać:

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)

dodatek

Uwaga Mylące ostrzeżenie terminologiczne! Powiązanie charakterystycznego wielomianu A z charakterystycznym wielomianem AR (p)

Inną sztuczką szeregów czasowych jest użycie operatora opóźnienia do napisania AR (p) jako:

(1−ϕ1L−ϕ2L2−…−ϕpLp)yt=ϵt

Wymień operator opóźnienia L z pewną zmienną z i ludzie często się do nich odnoszą 1−ϕ1z−…−ϕpzpjako charakterystyczny wielomian modelu AR (p). Jak ta odpowiedź omawia , jest to dokładnie charakterystyczny wielomianA gdzie z=1λ. Korzeniezsą wzajemnymi wartościami własnymi. (Uwaga: aby model był nieruchomy, chcesz|λ|<1, czyli wewnątrz wiru jednostki lub równoważnie |z|>1, czyli poza okręgiem jednostki).

Bibliografia

Prado, Raquel i Mike West, Szeregi czasowe: modelowanie, obliczenia i wnioskowanie , 2010


Jestem zaskoczony, że w tej chwili jestem jedynym głosującym. Dobra odpowiedź!
— Taylor

@Taylor To stare, nieaktywne pytanie. :)
— Matthew Gunn
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.