79. методы фильтрации временного ряда

79. методы фильтрации временного ряда

Методы фильтрации временных рядов предназначены на решение проблем, возникающих при исследовании взаимосвязи между двумя и более временными рядами, с помощью исключения из них трендовой и сезонной компонент.

К проблемам, которые позволяют устранить методы фильтрации временных рядов, относятся:

1) проблема ошибочности показателей тесноты и силы связи:

а) если временные ряды, между которыми изучается взаимосвязь, содержат циклическую или сезонную компоненту одинаковой периодичности, то в результате значение показателей тесноты связи будет завышено;

б) если один из временных рядов содержит циклическую или трендовую компоненту или периодичность совместных колебаний различна, то в результате значение показателей тесноты связи будет занижено;

2) проблема «ложной корреляции»:

а) если временные ряды, между которыми изучается взаимосвязь, содержат тренды одинаковой направленности, то уровни этих рядов будут положительно коррелированны;

б) если временные ряды, между которыми изучается взаимосвязь, содержат тренды противоположной направленности, то уровни этих рядов будут отрицательно коррелированны.

Первая проблема решается путём исключения из временного ряда сезонной компоненты.

Если временной ряд представлен в виде аддитивной модели, то сезонная компонента устраняется путём вычитания из исходных уровней ряда показателей абсолютных отклонений Sai.

Если временной ряд представлен в виде мультипликативной модели, то сезонная компонента устраняется путём деления исходных уровней ряда на индексы сезонности Isi.

Проблема “ложной корреляции” решается путём исключения из временного ряда трендовой компоненты.

Предположим, что исследуется зависимость между двумя временными рядами – Х и Y. При этом была построена модель регрессии вида:

Yt=β0+β1*Хt+εt.

Для выявления «ложной корреляции» необходимо провести анализ остатков данной модели регрессии, потому что если в модели присутствует обычная автокорреляция остатков, следовательно, существует и «ложная автокорреляция».

Исключение трендовой компоненты осуществляется с помощью метода отклонений от тренда.

Алгоритм реализации метода отклонений от тренда:

1) вычисляются отклонения уровней временных рядов Yt и Xt от их значений, рассчитанных на основе уравнений тренда:

2) определяется степень тесноты связи между полученными отклонениями с помощью коэффициента корреляции:

3) для линейной модели регрессии строится модель зависимости отклонения e(yt) от e(xt):

e(yt)=a0+a1* e(xt).

Неизвестные коэффициенты данной модели рассчитываются с помощью классического метода наименьших квадратов по формулам:

В результате получим модель вида:

e(yt)=a1* e(xt).

Исключение трендовой компоненты можно также осуществить с помощью метода последовательных разностей. При этом рассчитываются разности между текущим и предыдущим уровнями для каждого временного ряда:

Далее рассчитывается показатель линейной корреляции абсолютных цепных приростов по формуле:

На основании показателей абсолютных цепных приростов можно построить линейную модель регрессии вида:

где а1 – это коэффициент, который уравнении характеризует в среднем прирост Y при изменении прироста Х на единицу своего измерения;

а0 – это коэффициент, который характеризует прирост Y при нулевом приросте Х.

С помощью разностных операторов первого порядка можно исключить автокорреляцию только в тех временных рядах, в которых основная тенденция выражена прямой линией.

С помощью разностных операторов второго порядка можно исключить автокорреляцию в тех временных рядах, в которых основная тенденция выражена параболой второго порядка.

80. Автокорреляция уровней временного ряда. Анализ структуры временного ряда на основании коэффициентов автокорреляции

Временной ряд является нестационарным, если он содержит такие систематические составляющие как тренд и цикличность.

Нестационарные временные ряды характеризуются тем, что значения каждого последующего уровня временного ряда корреляционно зависят от предыдущих значений.

Автокорреляцией уровней временного ряда называется корреляционная зависимость между настоящими и прошлыми значениями уровней данного ряда.

Лагомl называется величина сдвига между рядами наблюдений.

Лаг временного ряда определяет порядок коэффициента автокорреляции. Например, если уровни временного ряда xt и xt–1  корреляционно зависимы, то величина временного лага равна единице. Следовательно, данная корреляционная зависимость определяется коэффициентом автокорреляции первого порядка между рядами наблюдений x1…xn-1 и x2…xn. . Если лаг между рядами наблюдений равен двум, то данная корреляционная зависимость определяется коэффициентом автокорреляции второго порядка и т. д.

При увеличении величины лага на единицу число пар значений, по которым рассчитывается коэффициент автокорреляции, уменьшается на единицу. Поэтому максимальный порядок коэффициента автокорреляции рекомендуется брать равным n/4, где n – количество уровней временного ряда.

Автокорреляция между уровнями временного ряда оценивается с помощью выборочного коэффициента автокорреляции, который рассчитывается по формуле:

где

– среднее арифметическое произведения двух рядов наблюдений, взятых с лагом l:

– значение среднего уровня ряда x1+l,x2+l,…,xn:

– значение среднего уровня ряда x1,x2,…,xn–l:

G(xt), G(xt–l) – средние квадратические отклонения, рассчитанные для рядов наблюдений x1+l,x2+l,…,xn  и x1,x2,…,xn–l  соответственно.

Структуру временного ряда можно определить, рассчитав несколько последовательных коэффициентов автокорреляции. В результате данных вычислений можно выявить лаг l, для которого значение выборочного коэффициента автокорреляции rl является наибольшим.

Анализ структуры временного ряда с помощью коэффициентов автокорреляции стоится на следующих правилах:

1) исследуемый временной ряд содержит только трендовую компоненту, если наибольшим является значение коэффициента автокорреляции первого порядка rl–1;

2) исследуемый временной ряд содержит трендовую компоненту и колебания периодом l, если наибольшим является коэффициент автокорреляции порядка l. Эти колебания могут быть как циклическими, так и сезонными;

3) если ни один из коэффициентов автокорреляции

не окажется значимым, то делается один из двух возможных выводов:

а) данный временной ряд не содержит трендовой и циклической компонент, а его колебания вызваны воздействием случайной компоненты, т. е. ряд представляет собой модель случайного тренда;

б) данный временной ряд содержит сильную нелинейную тенденцию, для выявления которой необходимо провести его дополнительный анализ.

Графическим способом анализа структуры временного ряда является построение графиков автокорреляционной и частной автокорреляционной функций.

Автокорреляционной функцией называется функция оценки коэффициента автокорреляции в зависимости от величины временного лага между исследуемыми рядами.

Графиком автокорреляционной функции является коррелограмма.

Частная автокорреляционная функция отличается от автокорреляционной функции тем, что при её построении устраняется корреляционная зависимость между наблюдениями внутри лагов.