时间序列分析——ARMA模型实验
时间序列中的ARMA模型
c u=
1 (1 2 ... p)
的无条
6
ARIMA模型的概念
Yt-u=1(Yt-1-u)+ 2(Yt-2-u)+...+p(Yt-p-u)+vt
0=1 1+ 2 2+...+p p+ 2 1=1 0+ 2 1+...+ p p-1
……
p=1 p-1+ 2 p-2+...+ p 0
1-1Z- 2Z2 -...- pZp 0
特征方程的根全部落在单位圆以外时， ARMA(p,q)是一个平稳过程。
9
ARIMA模型的概念
3.ARMA(p, q)过程的特征
1）E(Yt)=
c
1 (1 2 ... p)
2）ARMA(p, q)过程的方差和协方差
10
ARIMA模型的概念
四. AR、MA过程的相互转化
于滞后长度描图）。
14
ARMA模型的识别
2. 自相关函数和偏自相关函数的概念
①自相关函数
过程Yt的第j阶自相关系数即 j j 0 ，
自相关函数记为ACF(j) 。 ②偏自相关函数
偏自相关系数 *j度量了消除中间滞后项影响
后两滞后变量之间的相关关系。偏自相关函数 记为PACF(j)
15
ARMA模型的识别
结论一：平稳的AR(p)过程可以转化为一个MA(∞)过程， 可采用递归迭代法完成转化
结论二：特征方程根都落在单位圆外的 MA(q)过程具 有可逆性
平稳性和可逆性的概念在数学语言上是完全等价的， 所不同的是，前者是对AR过程而言的，而后者是对 MA过程而言的。
时间序列上机实验ARMA模型的建立
实验一ARMA模型建模一、实验目的学会检验序列平稳性、随机性。
学会分析时序图与自相关图。
学会利用最小二乘法等方法对ARMA模型进行估计，以及掌握利用ARMA模型进行预测的方法。
学会运用Eviews软件进行ARMA模型的识别、诊断、估计和预测和相关具体操作。
二、基本概念宽平稳：序列的统计性质不随时间发生改变，只与时间间隔有关。
AR模型：AR模型也称为自回归模型。
它的预测方式是通过过去的观测值和现在的干扰值的线性组合预测，自回归模型的数学公式为：乂2『t2 川p y t p t式中：p为自回归模型的阶数i（i=1，2，，p）为模型的待定系数，t为误差，yt 为一个平稳时间序列。
MA模型：MA模型也称为滑动平均模型。
它的预测方式是通过过去的干扰值和现在的干扰值的线性组合预测。
滑动平均模型的数学公式为：y t t 1 t 1 2 t 2 川q t q式中：q为模型的阶数；j（j=1，2，，q）为模型的待定系数；t为误差；yt为平稳时间序列。
ARMA模型：自回归模型和滑动平均模型的组合，便构成了用于描述平稳随机过程的自回归滑动平均模型ARMA，数学公式为：y t 1 y t 1 2 y t 2 p y t p t 1 t 1 2 t 2 q t q三、实验内容（1）通过时序图判断序列平稳性；（2）根据相关图，初步确定移动平均阶数q 和自回归阶数p；（3）对时间序列进行建模四、实验要求学会通过各种手段检验序列的平稳性；学会根据自相关系数和偏自相关系数来初步判断ARMA模型的阶数p和q,学会利用最小二乘法等方法对ARMA 模型进行估计，学会利用信息准则对估计的ARMA 模型进行诊断，以及掌握利用ARMA 模型进行预测。
五、实验步骤1．模型识别（1）绘制时序图在Eviews 软件中,建立一个新的工作文件, 500个数据。
通过Eviews 生成随机序列“ e，再根据“ x=*x（-1）*x（-2）+e ”生成AR（2）模型序列“ x” 默认x（1）=1, x（2）=2,得到下列数据，由于篇幅有限。
时间序列分析和ARMA模型建模研究
时间序列分析和ARMA模型建模研究一、引言时间序列是一种基本的统计数据类型，它记录了随时间变化的某个现象的数值，如股票价格、气温、销售额等等。
时间序列分析是一种用来探测和预测时间序列中趋势、季节性和周期性等特征的统计方法。
ARMA模型是时间序列分析中最常用的模型之一，它将时间序列视为由自相关（AR）和移动平均（MA）两个过程混合而成的结果，可以对其进行预测和建模分析。
本文旨在介绍时间序列分析和ARMA模型建模的基本理论，包括数据分析方法、模型拟合和预测等相关内容。
二、时间序列分析1、基本概念时间序列指在时间轴上每个时刻所对应的变量值的序列，它是由许多个观察值构成的。
一个时间序列通常可以用以下公式来表示：Yt = f (t, εt)其中，Yt表示时间t时刻的变量值，f表示一个关于t和随机误差项εt的函数。
时间序列可以分为平稳和非平稳两类。
2、样本自相关函数与偏自相关函数在时间序列分析中，自相关函数（ACF）和偏自相关函数（PACF）都是非常重要的概念，它们用于刻画序列内部的相关性。
ACF是一个时间序列与其滞后版本之间的相关性度量，而PACF则是在除去其它所有的滞后版本影响下，一个时间序列与其滞后版本之间关系的度量。
3、时间序列模式的识别对于时间序列分析来说，关键任务之一就是识别出序列的模式。
模式可以分为三种：趋势、季节性和周期性。
趋势模式是指序列中长期变化的基本趋势，被认为是序列的“平滑”或“漂移”的程度。
季节性模式是指序列随时间变化的基本周期规律。
周期性模式是连续时间周期性变化的随机性模式。
三、ARMA模型建模1、ARMA模型的概念ARMA模型是时间序列中最常用的模型之一，它表示为自回归（AR）和移动平均（MA）过程的线性组合。
ARMA模型的一般表达式为：Yt = μ + εt + ΣφiYt-i + Σθjεt-j其中，μ是常数项，εt是序列的随机误差项，φi和θj是AR和MA的参数。
2、模型拟合方法在建立ARMA模型时，目标是最小化模型拟合误差。
时间序列析-第六章 ARMA模型的参数估计
(1.3)
和
ˆ2 r ˆ0 ˆ jr ˆj
j 1
p
(1.4)
决定。
令
ˆ0 r ˆ r 1 ˆ Γp r ˆp 1 ˆ r 1 ˆ0 r ˆp 2 r ˆ ˆ1 ˆp 1 r r 1 ˆp 2 ˆ2 ˆ2 r r ˆ ˆp , b p , α ˆ0 ˆ ˆ r r p p
ˆ j 1.96 j , j / n , ˆ j 1.96 j , j / n ] [
2 ˆ 1 ˆ 在实际问题中， j , j 未知，可用 p 的 j j 元素 ˆ j , j 代替 j , j ，得到 的近似置信区间 j
ˆ j 1.96 ˆ j , j / n , ˆ j 1.96 ˆ j, j / n ] [
第六章 ARMA模型的参数估计
第一节 AR(p)模型的参数估计 第二节 MA(q)模型的参数估计
第三节 ARMA(p,q)模型的参数估计 第四节 求和模型及季节模型的参数估计
第一节. AR(p)模型的参数估计
目的：为观测数据建立AR(p)模型 (1.1) T 假定自回归阶数p已知，考虑回归系数 α (1,, p ) 和 零均值白噪声{ t } 的方差 2 的估计。
r1 r0
a1 rp 1 rp 2 a2
r0 a p
rp 2
2 唯一决定，白噪声方差 由
决定。
2
r0 j rj
j 1
p
时序实验ARMA建立预测
实验二 ARMA 模型建模与预测指导一、实验目的学会通过各种手段检验序列的平稳性；学会根据自相关系数和偏自相关系数来初步判断ARMA 模型的阶数p 和q ，学会利用最小二乘法等方法对ARMA 模型进行估计，学会利用信息准则对估计的ARMA 模型进行诊断，以及掌握利用ARMA 模型进行预测。
掌握在实证研究中如何运用Eviews 软件进行ARMA 模型的识别、诊断、估计和预测和相关具体操作。
二、基本概念宽平稳：序列的统计性质不随时间发生改变，只与时间间隔有关。
AR 模型：AR 模型也称为自回归模型。
它的预测方式是通过过去的观测值和现在的干扰值的线性组合预测， 自回归模型的数学公式为:1122t t t p t p t y y y y φφφε---=++++式中: p 为自回归模型的阶数i φ（i=1，2， ，p ）为模型的待定系数，t ε为误差， t y 为一个平稳时间序列。
MA 模型：MA 模型也称为滑动平均模型。
它的预测方式是通过过去的干扰值和现在的干扰值的线性组合预测。
滑动平均模型的数学公式为:1122t t t t q t q y εθεθεθε---=----式中: q 为模型的阶数； j θ（j=1，2， ，q ）为模型的待定系数；t ε为误差； t y 为平稳时间序列。
ARMA 模型：自回归模型和滑动平均模型的组合， 便构成了用于描述平稳随机过程的自回归滑动平均模型ARMA ， 数学公式为:11221122t t t p t p t t t q t q y y y y φφφεθεθεθε------=++++----三、实验内容及要求1、实验内容：（1）根据时序图判断序列的平稳性；（2）观察相关图，初步确定移动平均阶数q 和自回归阶数p ；（3）运用经典B-J 方法对某企业201个连续生产数据建立合适的ARMA （,p q ）模型，并能够利用此模型进行短期预测。
2、实验要求：（1）深刻理解平稳性的要求以及ARMA 模型的建模思想；（2）如何通过观察自相关，偏自相关系数及其图形，利用最小二乘法，以及信息准则建立合适的ARMA 模型；如何利用ARMA 模型进行预测； （3）熟练掌握相关Eviews 操作，读懂模型参数估计结果。
金融时序分析ARMA模型实验报告
一、平稳性判断：（1）时序图：该序列的时序图都表现出围绕其水平均值不断波动的过程，没有明显的趋势或周期性，粗略估计是平稳时间序列。
（2）序列相关图：自相关系数快速衰减到0，在虚线范围内波动，没有明显的波动、发散，判断为平稳序列。
（3）ADF检验:模型3与模型2的伴随概率为0，拒绝有单位根的原假设，说明序列是平稳的。
但模型3的时间趋势项的伴随概率为0.6437，不显著，故不选用。
而模型2的常数项的伴随概率为0，在显著性水平0.05情况下显著，因此模型2是最合适的模型，有常数项。
模型1的t检验的伴随概率为0.6128，不能拒绝有单位根的原假设，不选用。
综上所述，该序列是平稳的。
二、随机性检验观察自相关图最后两列可以看到，Q检验的伴随概率均小于0.05，拒绝没有自相关性的原假设，因此该序列不是白噪声序列，没有把信息都提取出来。
观察其AC，虽落入虚线内后没有再到虚线外，但不是由非0骤降到0，判断为拖尾。
观察PAC，结果与AC类似，因此AC、PAC都是拖尾，初步判断使用ARMA模型。
接下来将尝试使用AR（１）、AR（２）、MA（１）、MA（２）、ARMA（1，3）、ARMA（1，2）模型进行拟合。
三、模型估计与白噪声检验（１）AR（１）：该模型各项显著，故对其进行残差项白噪声检验，观察Q检验及其伴随概率，在显著性水平为0.05时，拒绝没有自相关性的原假设，不是白噪声序列。
（２）AR（2）：该模型各项显著，故对其进行残差项白噪声检验，观察Q检验及其伴随概率，在显著性水平为0.05时，阶数较小时拒绝没有自相关性的原假设，不是白噪声序列。
（３）MA（１）：该模型各项显著，故对其进行残差项白噪声检验，观察Q检验及其伴随概率，在显著性水平为0.05时，接受没有自相关性的原假设，是白噪声序列。
（４）MA（2）：该模型MA（２）项不显著，不选用。
（５）ARMA（1，3）：该模型各项显著，故对其进行残差项白噪声检验，观察Q检验及其伴随概率，在显著性水平为0.05时，接受没有自相关性的原假设，是白噪声序列。
ARMA模型时间序列分析法
ARMA模型时间序列分析法ARMA模型时间序列分析法简称为时序分析法，是一种利用参数模型对有序随机振动响应数据进行处理，从而进行模态参数识别的方法。
参数模型包括AR自回归模型、MA滑动平均模型和ARMA自回归滑动平均模型。
1969年AkaikeH首次利用自回归滑动平均ARMA模型进行了白噪声激励下的模态参数识别。
N个自由度的线性系统激励与响应之间的关系可用高阶微分方程来描述，在离散时间域内，该微分方程变成由一系列不同时刻的时间序列表示的差分方程，即ARMA时序模型方程：(1)式(1)表示响应数据序列与历史值的关系，其中等式的左边称为自回归差分多项式，即AR模型，右边称为滑动平均差分多项式，即MA模型。
2N为自回归模型和滑动均值模型的阶次，、分别表示待识别的自回归系数和滑动均值系数，表示白噪声激励。
当k＝0时，设。
由于ARMA过程{}具有唯一的平稳解为(2)式中：为脉冲响应函数。
的相关函数为(3)是白噪声，故(4)式中：为白噪声方差。
将此结果代人式(3)，即可得(5)因为线性系统的脉冲响应函数，是脉冲信号，激励该系统时的输出响应，故由ARMA过程定义的表达式为(6)利用式(5)和式(6)，可以得出：(7)对于一个ARMA过程，当是大于其阶次2N时，参数＝0。
故当l>2N时，式(7)恒等于零，于是有(8)或写成(9)设相关函数的长度为L，并令M＝2N。
对应不同的l值，由代人以上公式可得一组方程：(10)将式(10)方程组写成矩阵形式，则有(11)或缩写为(12)式(12)为推广的Yule-walker方程。
一般情况下，由于L比2N大得多，采用伪逆法可求得方程组的最小二乘解，即(13)由此求得自回归系数。
滑动平均模型系数可通过以下非线性方程组来求解：(14)其中(15)式中：为响应序列的自协方差函数。
滑动平均模型MA系数的估算方法很多，主要的有基于Newton-Raphson算法的迭代最优化方法和基于最小二乘原理的次最优化方法。
时间序列实验报告(ARMA模型的参数估计)
时间序列分析实验报告实验课程名称时间序列分析
实验项目名称 ARMA,ARIMA模型的参数估计年级
专业
学生姓名
成绩
理学院
实验时间：2015 年11月20日
学生所在学院：理学院专业：金融学班级：数学班
1、判断该序列的稳定性和纯随机性
该序列的时序图如下：
从图中可以看出具有很明显的下降趋势和周期性，所以通常是非平稳的。
在做它的自相关图。
由该时序图我们基本可以认为其是平稳的，再做DX自相关图和偏自相关图
自相关图显示延迟12阶自相关系数显著大于2倍标准差范围。
说明差分后序列中仍蕴含着非常显著的季节效应。
3、模型参数估计和建模
普通最小二乘法下，输入D(X,1,12) AR(1) MA(1) SAR(12) SMA(12) ，得到下图，其中，所有的参数估计量的
于0.05，均显著。
AIC为1.896653，SC为1.964273 。
普通最小二乘法，输入D(X,1,12)AR(1 )MA(1)SAR(12)SAR(24)SMA(12),
值小于0.05，均显著。
AIC为1.640316，SC为1.728672 。
4、参数估计结果
比较这两个模型，因为第二个模型的SC值小于第一个模型的SC值，所以相对而言，第二个模型是最优模型。
模型结果为：。
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基于ARMA模型的社会融资规模增长分析————ARMA模型实验第一部分实验分析目的及方法一般说来,若时间序列满足平稳随机过程的性质,则可用经典的ARMA模型进行建模和预则。
但是, 由于金融时间序列随机波动较大,很少满足ARMA模型的适用条件,无法直接采用该模型进行处理。
通过对数化及差分处理后,将原本非平稳的序列处理为近似平稳的序列,可以采用ARMA模型进行建模和分析。
第二部分实验数据2.1数据来源数据来源于中经网统计数据库。
具体数据见附录表5.1 。
2.2所选数据变量社会融资规模指一定时期内（每月、每季或每年）实体经济从金融体系获得的全部资金总额，为一增量概念，即期末余额减去期初余额的差额，或当期发行或发生额扣除当期兑付或偿还额的差额。
社会融资规模作为重要的宏观监测指标，由实体经济需求所决定，反映金融体系对实体经济的资金量支持。
本实验拟选取2005年11月到2014年9月我国以月为单位的社会融资规模的数据来构建ARMA模型，并利用该模型进行分析预测。
第三部分 ARMA模型构建3.1判断序列的平稳性首先绘制出M的折线图，结果如下图：图3.1 社会融资规模M曲线图从图中可以看出，社会融资规模M序列具有一定的趋势性，由此可以初步判断该序列是非平稳的。
此外，m在每年同时期出现相同的变动趋势，表明m还存在季节特征。
下面对m的平稳性和季节性·进行进一步检验。
为了减少m的变动趋势以及异方差性，先对m进行对数化处理，记为lm，其时序图如下：图3.2 lm曲线图对数化后的趋势性减弱，但仍存在一定的趋势性，下面观察lm的自相关图表3.1 lm的自相关图上表可以看出，该lm序列的PACF只在滞后一期、二期和三期是显著的，ACF随着滞后结束的增加慢慢衰减至0，由此可以看出该序列表现出一定的平稳性。
进一步进行单位根检验，由于存在较弱的趋势性且均值不为零，选择存在趋势项的形式，并根据AIC自动选择之后结束，单位根检验结果如下：表3.2 单位根输出结果Null Hypothesis: LM has a unit rootExogenous: Constant, Linear TrendLag Length: 0 (Automatic - based on SIC, maxlag=12)t-Statistic Prob.*Augmented Dickey-Fuller test statistic -8.674646 0.0000Test critical values: 1% level -4.0469255% level -3.45276410% level -3.151911*MacKinnon (1996) one-sided p-values.单位根统计量ADF=-8.674646小于临界值，且P为0.0000，因此该序列不存在单位根，即该序列是平稳序列。
由于趋势性会掩盖季节性，从lm图中可以看出，该序列有一定的季节性，为了分析季节性，对lm进行差分处理，进一步观察季节性：图3.3 dlm曲线图观察dlm 的自相关表：表3.3 dlm的自相关图Date: 11/02/14 Time: 22:35Sample: 2005M11 2014M09Included observations: 106Autocorrelation Partial Correlation AC PAC Q-Stat Prob****|. | ****|. | 1 -0.566 -0.566 34.934 0.000.|* | **|. | 2 0.113 -0.305 36.341 0.000.|. | *|. | 3 0.032 -0.093 36.455 0.000*|. | *|. | 4 -0.084 -0.114 37.244 0.000.|* | .|. | 5 0.105 0.015 38.494 0.000*|. | *|. | 6 -0.182 -0.182 42.296 0.000.|* | *|. | 7 0.105 -0.156 43.563 0.000.|. | *|. | 8 -0.058 -0.171 43.954 0.000.|. | *|. | 9 -0.019 -0.196 43.996 0.000.|* | .|. | 10 0.110 -0.045 45.429 0.000**|. | **|. | 11 -0.242 -0.329 52.501 0.000.|*** | .|. | 12 0.363 0.023 68.516 0.000*|. | .|. | 13 -0.202 0.032 73.534 0.000.|* | .|* | 14 0.101 0.125 74.815 0.000.|. | .|* | 15 0.004 0.141 74.817 0.000*|. | *|. | 16 -0.161 -0.089 78.110 0.000.|** | .|. | 17 0.219 0.037 84.252 0.000**|. | .|. | 18 -0.221 -0.036 90.623 0.000.|* | .|. | 19 0.089 -0.046 91.662 0.000*|. | *|. | 20 -0.080 -0.158 92.516 0.000.|. | .|. | 21 0.067 -0.039 93.115 0.000.|. | .|. | 22 0.068 0.056 93.749 0.000**|. | *|. | 23 -0.231 -0.130 101.08 0.000.|*** | .|* | 24 0.359 0.116 119.04 0.000*|. | .|* | 25 -0.189 0.123 124.09 0.000.|. | .|. | 26 0.032 0.034 124.23 0.000.|. | .|. | 27 0.059 0.037 124.74 0.000*|. | .|. | 28 -0.126 0.044 127.08 0.000.|* | *|. | 29 0.087 -0.079 128.21 0.000.|. | .|* | 30 -0.050 0.092 128.58 0.000.|. | .|. | 31 -0.037 -0.019 128.79 0.000.|. | *|. | 32 -0.035 -0.113 128.97 0.000.|. | .|. | 33 0.041 -0.056 129.24 0.000.|* | .|. | 34 0.078 -0.027 130.21 0.000**|. | *|. | 35 -0.215 -0.197 137.64 0.000.|*** | .|* | 36 0.380 0.130 161.26 0.000 由dlm的自相关图可知，dlm在滞后期为12、24、36等差的自相关系数均显著异于零。
因此该序列为以12为周期呈现季节性，而且季节自相关系数并没有衰减至零，因此为了考虑这种季节性，进行季节性差分，得新变量sdlm：观察sdlm的自相关图：表3.4 sdlm的自相关图Date: 11/02/14 Time: 22:40Sample: 2005M11 2014M09Included observations: 94Autocorrelation Partial Correlation AC PAC Q-Stat Prob****|. | ****|. | 1 -0.505 -0.505 24.767 0.000. |. | ***|. | 2 -0.057 -0.419 25.082 0.000. |. | **|. | 3 0.073 -0.292 25.609 0.000. |* | . |. | 4 0.160 0.067 28.169 0.000**|. | .*|. | 5 -0.264 -0.125 35.252 0.000. |* | .*|. | 6 0.098 -0.110 36.244 0.000. |* | . |. | 7 0.098 0.019 37.243 0.000. |. | . |* | 8 -0.041 0.082 37.419 0.000.*|. | . |. | 9 -0.132 -0.038 39.275 0.000. |* | .*|. | 10 0.076 -0.139 39.902 0.000. |** | . |** | 11 0.227 0.247 45.485 0.000***|. | **|. | 12 -0.459 -0.259 68.647 0.000. |* | **|. | 13 0.193 -0.251 72.777 0.000. |* | .*|. | 14 0.132 -0.101 74.753 0.000.*|. | .*|. | 15 -0.142 -0.189 77.056 0.000. |. | . |. | 16 -0.053 -0.056 77.378 0.000. |** | . |* | 17 0.233 0.091 83.751 0.000**|. | .*|. | 18 -0.234 -0.179 90.258 0.000. |* | . |. | 19 0.102 0.054 91.505 0.000. |. | . |. | 20 -0.052 -0.035 91.841 0.000. |* | . |. | 21 0.123 -0.009 93.714 0.000. |. | . |* | 22 -0.059 0.120 94.150 0.000. |. | . |** | 23 -0.011 0.215 94.166 0.000. |. | .*|. | 24 -0.032 -0.170 94.301 0.000. |* | .*|. | 25 0.088 -0.137 95.303 0.000.*|. | . |. | 26 -0.105 -0.034 96.760 0.000. |* | .*|. | 27 0.077 -0.116 97.562 0.000. |. | .*|. | 28 -0.054 -0.178 97.967 0.000. |. | . |. | 29 0.010 0.032 97.982 0.000. |* | . |. | 30 0.102 0.039 99.457 0.000.*|. | .*|. | 31 -0.179 -0.099 104.06 0.000. |. | . |. | 32 0.071 -0.058 104.79 0.000. |. | .*|. | 33 0.031 -0.066 104.93 0.000.*|. | .*|. | 34 -0.089 -0.144 106.13 0.000. |. | . |* | 35 0.036 0.082 106.32 0.000. |* | .*|. | 36 0.105 -0.102 108.05 0.000 Sdlm在滞后期24之后的季节ACF和PACF已衰减至零，下面对sdlm建立SARMA 模型。