Условия циклического поведения модели ARIMA

9

Я пытаюсь моделировать и прогнозировать временные ряды, которые являются циклическими, а не сезонными (то есть существуют сезоноподобные модели, но не с фиксированным периодом). Это должно быть возможно сделать с использованием модели ARIMA, как упомянуто в разделе 8.5 « Прогнозирование: принципы и практика» :

Значение важно, если данные показывают циклы. Чтобы получить циклические прогнозы, необходимо иметь вместе с некоторыми дополнительными условиями на параметры. Для модели AR (2) циклическое поведение имеет место, если .pp2ϕ12+4ϕ2<0

Каковы эти дополнительные условия для параметров в общем случае ARIMA (p, d, q)? Я нигде не смог их найти.

MånsT
источник
1
Вы вообще смотрели на сложные корни многочлена ϕ(B) ? Кажется, что это может быть то, на что ссылается цитата.
Джейсон

Ответы:

5

Некоторая графическая интуиция

В AR-моделях циклическое поведение происходит от сложных сопряженных корней до характеристического полинома. Чтобы сначала дать интуицию, я нанес на график функции импульсного отклика ниже для двух примерных моделей AR (2).

  1. Постоянный процесс со сложными корнями.
  2. Постоянный процесс с настоящими корнями.

Для , корни характеристического полинома являются где - собственные значения матрицы я определю ниже. С комплексными сопряженными собственными значениями и , управляет демпфированием (где ) и контролирует частоту волны косинуса.j=1,p1λjλ1,,λpAλ=reiωtλ¯знак равноре-яωTрр[0,1)ω

Подробный пример AR (2)

Давайте предположим, что у нас есть AR (2):

YTзнак равноφ1YT-1+φ2YT-2+εT

Вы можете написать любой AR (p) как VAR (1) . В этом случае представление VAR (1):

[YTYT-1]ИксTзнак равно[φ1φ210]A[YT-1YT-2]ИксT-1+[εT0]UT
Матрица управляет динамикой и, следовательно, . Характеристическое уравнение матрицы : Собственные значения : Собственными векторами являются: AИксTYTA
λ2-φ1λ-φ2знак равно0
A
λ1=ϕ1+ϕ12+4ϕ22λ2=ϕ1ϕ12+4ϕ22
A
v1=[λ11]v2=[λ21]

Обратите внимание, что . Формирование разложения по собственным значениям и повышение до й степени. E[Xt+kXt,Xt1,]=AkXtAk

Ak=[λ1λ211][λ1k00λ2k][1λ1λ2λ2λ1λ21λ1λ2λ1λ1λ2]

Реальное собственное значение приводит к затуханию при поднятии . Собственные значения с ненулевыми мнимыми компонентами приводят к циклическому поведению.λλk

Собственные значения с мнимым компонентом case:ϕ12+4ϕ2<0

В контексте AR (2) мы имеем сложные собственные значения, если . Поскольку является действительным, они должны входить в пары, которые являются комплексными сопряженными друг с другом.ϕ12+4ϕ2<0A

Следуя главе 2 «Прадо и Уэста» (2010), пусть

ct=λλλ¯ytλλ¯λλ¯yt1

Вы можете показать прогноз :E[yt+kyt,yt1,]

E[yt+kyt,yt1,]=ctλk+c¯tλ¯k=atrkcos(ωk+θt)

Говоря свободно, добавление комплексных конъюгатов сводит на нет их мнимую составляющую, оставляя вас с единственной затухающей волной косинуса в пространстве действительных чисел. (Обратите внимание, что мы должны иметь для стационарности.)0r<1

Если вы хотите найти , , , , начните с использования формулы Эйлера, которая , мы можем написать:rωatθtreiθ=rcosθ+rsinθ

λ=reiωλ¯=reiωr=|λ|=ϕ2
ω=atan2(imagλ,realλ)=atan2(12ϕ124ϕ2,12ϕ1)

at=2|ct|θt=atan2(imagct,realct)

аппендикс

Примечание Запутанная терминология, предупреждение! Соотношение характеристического полинома A с характеристическим полиномом AR (p)

Другой трюк с временными рядами - использование оператора запаздывания для записи AR (p) в виде:

(1ϕ1Lϕ2L2ϕpLp)yt=ϵt

Замените оператор запаздывания некоторой переменной и люди часто называют как характеристический многочлен модели AR (p). Поскольку этот ответ обсуждает , это в точности характеристический многочлен от где . Корни являются обратными по отношению к собственным значениям. (Примечание: для того, чтобы модель была стационарной, вы хотите , то есть внутри единицы измерения, или, что эквивалентно, , то есть вне единицы измерения.)Lz1ϕ1zϕpzpAz=1λz|λ|<1|z|>1

Ссылки

Прадо, Ракель и Майк Уэст, Временные ряды: моделирование, вычисления и умозаключения , 2010

Мэтью Ганн
источник
Я удивлен, что в данный момент я голосую только за. Хороший ответ!
Тейлор
@ Тейлор Это старый, неактивный вопрос. :)
Мэтью Ганн