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1、第九章時間序列計量經(jīng)濟學(xué)模型時間序列的平穩(wěn)性及其檢驗隨機時間序列分析模型協(xié)整分析與誤差修正模型§9.1時間序列的平穩(wěn)性及其檢驗一、問題的引出:非平穩(wěn)變量與經(jīng)典回歸模型二、時間序列數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性三、平穩(wěn)性的圖示判斷四、平穩(wěn)性的單位根檢驗五、單整、趨勢平穩(wěn)與差分平穩(wěn)隨機過程一、問題的引出:非平穩(wěn)變量與經(jīng)典回歸模型⒈常見的數(shù)據(jù)類型到目前為止,經(jīng)典計量經(jīng)濟模型常用到的數(shù)據(jù)有:時間序列數(shù)據(jù)(time-seriesdata)截面數(shù)據(jù)(cross-sectionaldata)平行/面板數(shù)據(jù)(paneldata/time-seriescross-sectiondata)★時
2、間序列數(shù)據(jù)是最常見,也是最常用到的數(shù)據(jù)⒉經(jīng)典回歸模型與數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性經(jīng)典回歸分析暗含著一個重要假設(shè):數(shù)據(jù)是平穩(wěn)的。數(shù)據(jù)非平穩(wěn),大樣本下的統(tǒng)計推斷基礎(chǔ)——“一致性”要求——被破懷。經(jīng)典回歸分析的假設(shè)之一:解釋變量X是非隨機變量依概率收斂:(2)放寬該假設(shè):X是隨機變量,則需進(jìn)一步要求:(1)X與隨機擾動項?不相關(guān)∶Cov(X,?)=0第(2)條是為了滿足統(tǒng)計推斷中大樣本下的“一致性”特性:第(1)條是OLS估計的需要▲如果X是非平穩(wěn)數(shù)據(jù)(如表現(xiàn)出向上的趨勢),則(2)不成立,回歸估計量不滿足“一致性”,基于大樣本的統(tǒng)計推斷也就遇到麻煩。因此:注意:在雙變量模型中
3、:表現(xiàn)在:兩個本來沒有任何因果關(guān)系的變量,卻有很高的相關(guān)性(有較高的R2)。例如:如果有兩列時間序列數(shù)據(jù)表現(xiàn)出一致的變化趨勢(非平穩(wěn)的),即使它們沒有任何有意義的關(guān)系,但進(jìn)行回歸也可表現(xiàn)出較高的可決系數(shù)。⒊數(shù)據(jù)非平穩(wěn),往往導(dǎo)致出現(xiàn)“虛假回歸”問題在現(xiàn)實經(jīng)濟生活中,實際的時間序列數(shù)據(jù)往往是非平穩(wěn)的,而且主要的經(jīng)濟變量如消費、收入、價格往往表現(xiàn)為一致的上升或下降。這樣,仍然通過經(jīng)典的因果關(guān)系模型進(jìn)行分析,一般不會得到有意義的結(jié)果。時間序列分析模型方法就是在這樣的情況下,以通過揭示時間序列自身的變化規(guī)律為主線而發(fā)展起來的全新的計量經(jīng)濟學(xué)方法論。時間序列分析已組成現(xiàn)
4、代計量經(jīng)濟學(xué)的重要內(nèi)容,并廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟分析與預(yù)測當(dāng)中。二、時間序列數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性定義:假定某個時間序列是由某一隨機過程(stochasticprocess)生成的,即假定時間序列{Xt}(t=1,2,…)的每一個數(shù)值都是從一個概率分布中隨機得到,如果滿足下列條件:1)均值E(Xt)=?是與時間t無關(guān)的常數(shù);2)方差Var(Xt)=?2是與時間t無關(guān)的常數(shù);3)協(xié)方差Cov(Xt,Xt+k)=?k是只與時期間隔k有關(guān),與時間t無關(guān)的常數(shù);則稱該隨機時間序列是平穩(wěn)的(stationary),而該隨機過程是一平穩(wěn)隨機過程(stationarystochasticp
5、rocess)。例9.1.1.一個最簡單的隨機時間序列是一具有零均值同方差的獨立分布序列:Xt=?t,?t~N(0,?2)該序列常被稱為是一個白噪聲(whitenoise)。由于Xt具有相同的均值與方差,且協(xié)方差為零,由定義,一個白噪聲序列是平穩(wěn)的。例9.1.2.另一個簡單的隨機時間列序被稱為隨機游走(randomwalk),該序列由如下隨機過程生成:Xt=Xt-1+?t這里,?t是一個白噪聲。容易知道該序列有相同的均值:E(Xt)=E(Xt-1)為了檢驗該序列是否具有相同的方差,可假設(shè)Xt的初值為X0,則易知:X1=X0+?1X2=X1+?2=X0+?1+
6、?2……Xt=X0+?1+?2+…+?t由于X0為常數(shù),?t是一個白噪聲,因此:Var(Xt)=t?2即Xt的方差與時間t有關(guān)而非常數(shù),它是一非平穩(wěn)序列。然而,對X取一階差分(firstdifference):?Xt=Xt-Xt-1=?t由于?t是一個白噪聲,則序列{Xt}是平穩(wěn)的。后面將會看到:如果一個時間序列是非平穩(wěn)的,它常??赏ㄟ^取差分的方法而形成平穩(wěn)序列。事實上,隨機游走過程是下面我們稱之為1階自回歸AR(1)過程的特例:Xt=?Xt-1+?t不難驗證:1)
7、?
8、>1時,該隨機過程生成的時間序列是發(fā)散的,表現(xiàn)為持續(xù)上升(?>1)或持續(xù)下降(?<-1)
9、,因此是非平穩(wěn)的;2)?=1時,是一個隨機游走過程,也是非平穩(wěn)的。§9.2中將證明:只有當(dāng)-1<1時,該隨機過程才是平穩(wěn)的。1階自回歸過程AR(1)又是如下k階自回歸AR(K)過程的特例:Xt=?1Xt-1+?2Xt-2…+?kXt-k該隨機過程平穩(wěn)性條件將在第二節(jié)中介紹。三、平穩(wěn)性檢驗的圖示判斷給出一個隨機時間序列,首先可通過該序列的時間路徑圖來粗略地判斷它是否是平穩(wěn)的。一個平穩(wěn)的時間序列在圖形上往往表現(xiàn)出一種圍繞其均值不斷波動的過程。而非平穩(wěn)序列則往往表現(xiàn)出在不同的時間段具有不同的均值(如持續(xù)上升或持續(xù)下降)。進(jìn)一步的判斷:檢驗樣本自相關(guān)函數(shù)及其圖形
10、定義隨機時間序列的自相關(guān)函數(shù)(autocorrela