时间序列分析

时间序列分析

前言

时间序列分析(Time-Series Analysis)是指将原来的销售分解为四部分来看——趋势、周期、时期和不稳定因素, 然后综合这些因素, 提出销售预测。强调的是通过对一个区域进行一定时间段内的连续遥感观测,提取图像有关特征,并分析其变化过程与发展规模。时间序列分析常用在国民经济宏观控制、区域综合发展规划、企业经营管理、市场潜量预测、气象预报、水文预报、地震前兆预报、农作物病虫灾害预报、环境污染控制、生态平衡、天文学和海洋学等方面。

基础知识

时间序列是按时间顺序的一组数字序列。

时间序列的特点:

  1. 现实的、真实的一组数据,而不是数理统计中做实验得到的。既然是真实的,它就是反映某一现象的统计指标,因而,时间序列背后是某一现象的变化规律。
  2. 动态数据。

时间序列建模基本步骤是:

  1. 用观测、调查、统计、抽样等方法取得被观测系统时间序列动态数据。
  2. 根据动态数据作相关图,进行相关分析,求自相关函数。相关图能显示出变化的趋势和周期,并能发现跳点和拐点。跳点是指与其他数据不一致的观测值。如果跳点是正确的观测值,在建模时应考虑进去,如果是反常现象,则应把跳点调整到期望值。拐点则是指时间序列从上升趋势突然变为下降趋势的点。如果存在拐点,则在建模时必须用不同的模型去分段拟合该时间序列,例如采用门限回归模型。
  3. 辨识合适的随机模型,进行曲线拟合,即用通用随机模型去拟合时间序列的观测数据。对于短的或简单的时间序列,可用趋势模型和季节模型加上误差来进行拟合。对于平稳时间序列,可用通用ARMA模型(自回归滑动平均模型)及其特殊情况的自回归模型、滑动平均模型或组合-ARMA模型等来进行拟合。当观测值多于50个时一般都采用ARMA模型。对于非平稳时间序列则要先将观测到的时间序列进行差分运算,化为平稳时间序列,再用适当模型去拟合这个差分序列。

分类

时间序列依据其特征,有以下几种表现形式,并产生与之相适应的分析方法:

  1. 长期趋势变化:受某种基本因素的影响,数据依时间变化时表现为一种确定倾向,它按某种规则稳步地增长或下降。

    使用的分析方法有:移动平均法、指数平滑法、模型拟和法等。

  2. 季节性周期变化:受季节更替等因素影响,序列依一固定周期规则性的变化,又称商业循环。

    采用的方法:季节指数。

  3. 循环变化:周期不固定的波动变化。

  4. 随机性变化:由许多不确定因素引起的序列变化。

时间序列分析主要有确定性变化分析和随机性变化分析。其中,确定性变化分析包括趋势变化分析、周期变化分析、 循环变化分析。随机性变化分析:有AR、MA、ARMA模型等。

具体方法

确定性时序分析

确定性时序分析的目的:克服其它因素的影响,单纯测度出某一个确定性因素对序列的影响;推断出各种确定性因素彼此之间的相互作用关系及它们对序列的综合影响。

时间序列趋势分析目的:有些时间序列具有非常显著的趋势,我们分析的目的就是要找到序列中的这种趋势,并利用这种趋势对序列的发展作出合理的预测。

常用方法:趋势拟合法和平滑法。

趋势拟合法就是把时间作为自变量,相应的序列观察值作为因变量,建立序列值随时间变化的回归模型的方法。包括线性拟合和非线性拟合。

线性拟合的使用场合为长期趋势呈现出线形特征的场合。参数估计方法为最小二乘估计。

非线性拟合的使用场合为长期趋势呈现出非线形特征的场合。其参数估计的思想是把能转换成线性模型的都转换成线性模型,用线性最小二乘法进行参数估计。实在不能转换成线性的,就用迭代法进行参数估计。

平滑法是进行趋势分析和预测时常用的一种方法。它是利用修匀技术,削弱短期随机波动对序列的影响,使序列平滑化,从而显示出长期趋势变化的规律。

时间序列预测法

时间序列预测法可用于短期预测、中期预测和长期预测。根据对资料分析方法的不同,又可分为:简单序时平均数法、加权序时平均数法。

简单平均数法:也称算术平均法。即把若干历史时期的统计数值作为观察值,求出算术平均数作为下期预测值。这种方法基于下列假设:“过去这样,今后也将这样”,把近期和远期数据等同化和平均化,因此只能适用于事物变化不大的趋势预测。如果事物呈现某种上升或下降的趋势,就不宜采用此法。
  加权平均数法:把各个时期的历史数据按近期和远期影响程度进行加权,求出平均值,作为下期预测值。

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