Bedingungen für das zyklische Verhalten des ARIMA-Modells


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Ich versuche, eine Zeitreihe zu modellieren und vorherzusagen, die eher zyklisch als saisonal ist (dh es gibt saisonale Muster, aber nicht mit einem festen Zeitraum). Dies sollte mithilfe eines ARIMA-Modells möglich sein, wie in Abschnitt 8.5 der Prognose erwähnt: Grundsätze und Praxis :

Der Wert von ist wichtig, wenn die Daten Zyklen zeigen. Um zyklische Vorhersagen zu erhalten, ist es erforderlich, zusammen mit einigen zusätzlichen Bedingungen für die Parameter zu haben. Bei einem AR (2) -Modell tritt ein zyklisches Verhalten auf, wenn .pp≥2ϕ12+4ϕ2<0

Was sind diese zusätzlichen Bedingungen für die Parameter im allgemeinen ARIMA-Fall (p, d, q)? Ich konnte sie nirgendwo finden.


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Haben Sie sich überhaupt mit komplexen Wurzeln des Polynoms ? Es scheint, als ob dies das ist, worauf sich das Zitat bezieht. ϕ(B.)
— Jason

Antworten:


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Einige grafische Intuition

In AR-Modellen kommt das zyklische Verhalten von komplexen konjugierten Wurzeln zum charakteristischen Polynom. Um zunächst die Intuition zu vermitteln, habe ich die folgenden Impulsantwortfunktionen auf zwei beispielhafte AR (2) -Modelle aufgetragen.

  1. Ein anhaltender Prozess mit komplexen Wurzeln.
  2. Ein anhaltender Prozess mit echten Wurzeln.

Für sind die Wurzeln des charakteristischen Polynoms wobei Eigenwerte der unten definierten Matrix sind. Mit einem konjugiert komplexen Eigenwerte und ˉ & lgr; = r e - i ω t , die r die Steuerelemente Dämpfungs (wobei r ∈ [ 0 , 1 ) ) und ω steuert die Frequenz des Kosinus Welle.j=1…,p1λjλ1,…,λpAλ=reiωtλ¯=re−iωtrr∈[0,1)ω

Detailliertes AR (2) Beispiel

Nehmen wir an, wir haben den AR (2):

yt=ϕ1yt−1+ϕ2yt−2+ϵt

Sie können jedes AR (p) als VAR (1) schreiben . In diesem Fall lautet die VAR (1) -Darstellung:

[ytyt−1]⏟Xt=[ϕ1ϕ210]⏟A[yt−1yt−2]⏟Xt−1+[ϵt0]⏟Ut
MatrixAregelt die Dynamik vonXtund damityt. Die charakteristische Gleichung der MatrixA ist:
λ2−ϕ1λ−ϕ2=0
Die Eigenwerte vonA sind:
λ1=ϕ1+ϕ12+4ϕ22λ2=ϕ1−ϕ12+4ϕ22
Die Eigenvektoren vonAsind:
v1=[λ11]v2=[λ21]

Man beachte, dass E⁡[Xt+k∣Xt,Xt−1,…]=AkXt . Bilden der Eigenwertzerlegung und Erhöhen von A auf die k te Potenz.

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

Ein realer Eigenwert λ führt zu einem Abfall, wenn Sie λk erhöhen . Eigenwerte mit imaginären Komponenten ungleich Null führen zu zyklischem Verhalten.

Eigenwerte mit imaginärem Komponentenfall: ϕ12+4ϕ2<0

Im AR (2) -Kontext haben wir komplexe Eigenwerte, wenn ϕ12+4ϕ2<0 . Da A real ist, müssen sie paarweise vorliegen, die komplexe Konjugate voneinander sind.

Nach Kapitel 2 von Prado und West (2010) sei

ct=λλ−λ¯yt−λλ¯λ−λ¯yt−1

Sie können die Vorhersage E⁡[yt+k∣yt,yt−1,…] anzeigen, die gegeben ist durch:

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

Wenn Sie locker sprechen und die komplexen Konjugate hinzufügen, wird ihre imaginäre Komponente aufgehoben, sodass Sie eine einzige gedämpfte Kosinuswelle im Raum reeller Zahlen erhalten. (Beachten Sie, dass wir für die Stationarität 0≤r<1 haben müssen .)

Wenn Sie r , ω , at , θt finden möchten , beginnen Sie mit der Euler-Formel, dass reiθ=rcos⁡θ+rsin⁡θ , wir können schreiben:

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)

Blinddarm

Hinweis Verwirrende Terminologiewarnung! Beziehung des charakteristischen Polynoms von A zum charakteristischen Polynom von AR (p)

Ein weiterer Zeitreihen-Trick besteht darin , den AR (p) mit dem Verzögerungsoperator wie folgt zu schreiben:

(1−ϕ1L−ϕ2L2−…−ϕpLp)yt=ϵt

Lz1−ϕ1z−…−ϕpzpAz=1λz|λ|<1|z|>1

Verweise

Prado, Raquel und Mike West, Zeitreihen: Modellierung, Berechnung und Inferenz , 2010


Ich bin überrascht, dass ich im Moment die einzige Abstimmung bin. Gute Antwort!
— Taylor

@ Taylor Es ist eine alte, inaktive Frage. :)
— Matthew Gunn
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