第六章自相关性
第六章 自相关性
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3、降低预测精度
由于参数估计值方差虚假增大，致使预测区间的 可信程度降低，预测结果将失去实际意义。
6.3自相关性检验方法
从上述内容的介绍我们可以发现，自相关对模型产生的 不良后果是比较严重的，因此，必须采取相应措施加以 修正或克服。但在修正或克服之前，应该对模型误差项 序列是否存在自相关进行判断，即自相关检验。其方 法主要有：
6.2自相关产生的后果
1、参数估计值非有效（即不再具有最小方差性） 根据前面学过的内容，我们知道，只有在符合同 方差和非自相关性假定条件下，OLS估计结果才 具有最小方差性。当模型存在自相关，参数估计 值方差不是最小（即估计结果不是最优）。
2、模型的显著检验（T检验）失效
标准差增大，导致t统计量变小，进而低估了参数
第二步，对原数据进行广义差分变换，得：
yt*= yt- ρ Yt-1 , xt*= xt- ρ xt-1，再对模型 yt*=A+b1 xt*+ vt*进行回归，并根据回归结果得到原模型 参数估计值b0= A/ （1- ρ ^）和b1
总结说明
迭代法： 是采用一系列迭代，而每一次迭代都 能得到比前一次更好的一阶自回归 系数ρ ^ 杜宾两步法： 也是获得比较准确的一阶自回归系数ρ ^的方法
t
关来判断随机项的自相关。
1、按时间顺序绘制残差分布图：
1.1 正自相关：残差e随时间t的变化并不频繁改变符号，而是几个正的 后面有几个负的。
e
O t
正自相关
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1.2 负自相关：e随t变化依次改变正负符号
第六章 自相关 《计量经济学》PPT课件
[(
1
ˆ
)
1
xt
ut
]2
(1 ˆ1)2 xt2 2(1 ˆ1) xt ut ut2
(6.2.11)
其中 xt ut xt ut (1 ˆ1) xt2
u
2 t
ut ut
ut2
1 n
ut ut
t t
(1
1 n
)
u
2 t
2 n
ut
t t
ut
所以
2 t
(1
ˆ 1 )2
xt2
第六章 自相关 【本章要点】（1）自相关的概念，自相关强度的 量度—自相关系数，了解经济现象中自相关产生 的原因；（2）自相关性对模型参数估计的影响； （3）检验自相关性的主要方法；（4）消除自相 关影响的方法。 §6.1 自相关 一、自相关的概念
如果经典回归的基本假定4遭到破坏，则
COV(ut ,us)=E(ut us)≠0 , t≠s , t,s=1,2, …,n,即u的取值与 它的前一期或前几期的取值相关，则称u存在序列相关 或自相关。 自相关有正自相关和负自相关之分，对随机项的时间 序列u1,u2,…,un,…，当ut > 0时，随后的若干个随机项 ut+1,u t+2,…都有大于0的倾向，当ut < 0时，随后若干个 随机项都有小于0的倾向，我们说u具有正相关性；而 负自相关则意味着两个相继的随机项ut和ut+1具有正负 号相反的倾向。在经济数据中，常见的是正自相关现象。
(4)根据样本容量n，自变量个数和显著水平0.05 (或0.01)从D-W检验临界值表中查出dL和du。 (5)将d 的现实值与临界值进行比较： ①若d < dL，则否定H0，即u存在一阶线性正自相关； ②若d > 4- dL，则否定H0，即u存在一阶线性负自相关； ③若du< d < 4- du，则不否定 H0，即u不存在（一阶）线 性自相关；
计量经济学第六章自相关
计量经济学第六章自相关自相关是计量经济学中一种重要的现象，它指的是一个变量与其自己在过去时间点上的相关性。
自相关在实证研究中十分常见，对经济学家来说，了解和掌握自相关性质是至关重要的。
1. 引言自相关作为计量经济学的一项基础概念，是经济学研究中不可或缺的一个重要方法。
自相关性的存在通常会引起回归结果的偏误，而忽略自相关性可能导致估计不准确的结果。
因此，探讨自相关性的性质和应对方法是计量经济学的重点之一。
2. 自相关的定义和表示自相关是指一个变量与其自身在过去时间点上的相关性。
假设我们有一个时间序列数据集，其中变量yt表示一个时间点上的观测值，t表示时间索引。
自相关系数可以通过计算观测值yt与其在过去某一时间点上的观测值yt-k（k为时间滞后期数）的相关性来得到。
数学上，自相关系数可以用公式表示为：ρ(k) = Cov(yt, yt-k) / (σ(yt) * σ(yt-k))其中，ρ(k)表示第k期的自相关系数，Cov表示协方差，σ表示标准差。
3. 自相关性的性质自相关性具有以下几个性质：3.1 一阶自相关性一阶自相关性是指变量值yt与前一期的观测值yt-1之间的相关性。
一阶自相关系数ρ(1)通常用来检验时间序列数据是否存在自相关性。
若ρ(1)大于零且显著，则表明存在正的一阶自相关性；若ρ(1)小于零且显著，则表明存在负的一阶自相关性。
3.2 高阶自相关性除了一阶自相关性，时间序列数据还可能存在高阶自相关性。
高阶自相关性是指变量值yt与过去第k期的观测值yt-k之间的相关性。
通过计算不同滞后期的自相关系数ρ(k)，可以了解数据在不同时间跨度上的自相关性情况。
3.3 异方差自相关性异方差自相关性是指时间序列数据中的方差不仅与自身相关，还与过去观测值的相关性有关。
异方差自相关性可能导致在回归分析中的标准误差失效，从而产生无效的回归结果。
因此，在处理存在异方差自相关性的数据时要采取合适的修正方法。
4. 自相关性的检验方法在实证研究中，经济学家通常使用多种方法来检验数据中的自相关性，常用的方法包括：4.1 Durbin-Watson检验Durbin-Watson检验是一种常用的检验自相关性的方法，其基本思想是通过检验误差项的相关性来判断自相关是否存在。
第六章自相关性详解
y A bx vt
* t * t
其中，A=a(1- ρ )。
ˆ /(1 利用OLS法估计A、b，进而得到： a ˆA
若ρ =1，则可得到一阶差分模型 yt-yt-1=b(xt-xt-1) +υ 如果为高阶自回归形式： ε t=ρ 1ε t-1+ρ 2ε t-2+…+ρ pε
（2）构造检验统计量：
DW
(e
2
n
t
et 1 )
2
2 e t 1
n
DW统计量与ρ 之间的关系： 因为对于大样本，
2 2 e e t et 1 2 t 1 2 2 n n n
所以：
DW
2
2 2 ( e 2 e e e t t t 1 t 1 )
e
2 t
2 2 e 2 e e e t t t 1 t 1 ) 2 e t
2( e t et et 1 )
2 e t
et et 1 21 2 2 1 et
Байду номын сангаас
e
et et 1
2 t
ˆ) S (b
2
( xt x )
2
ˆ2 ( xt x ) 2
三、t检验失效。 四、模型的预测精度降低。
第三节 自相关性的检验
一、残差图检验 二、德宾-沃森（Durbin-Watson，DW）检验 适用条件：随机项一阶自相关性；解释变量 与随机项不相关；不含有滞后的被解释变量， 截距项不为零；样本容量较大。 基本原理和步骤： (1) 提出假设 H0: ρ =0一
③在大样本情况下，有 nR2～χ 2(p) 给定α ，若nR2大于临界值，拒绝H0。 EViews软件操作：在方程窗口中点击View\ Residual Test \Serial Correlation LM Test。
第六章 自相关性
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原因4－蛛网现象
蛛网现象是微观经济学中的一个概念。它表 示某种商品的供给量受前一期价格影响而表现出 来的某种规律性，即呈蛛网状收敛或发散于供需 的均衡点。
xt xs xt2 xs2
0
若为负自相关，则E(ut us) < 0，而回归模型中的解
释变量在不同时期通常也负相关，从而
kt ks
xt xs xt2 xs2
0
总之，一般有
ts
kt
ks
E
(
ut
us
)
0
19
从而
Var(ˆ2 )
2
xt2
即如果仍用不存在自相关时的OLS估计参数的方差， 将会低估存在自相关时参数估计值的真实方差。
13
自相关主要存在于时间序列数据中，但是在 横截面数据中，也可能会出现自相关,通常称其 为空间自相关（Spatial auto correlation）。
14Βιβλιοθήκη 第二节 自相关的后果一、对参数估计式统计特性的影响 （1）如果随机误差项具有自相关性，当我们
仍用OLS进行参数估计时，估计式仍具有线性性和 无偏性。
E(ˆ1) E(Y ˆ2 X ) E(Y ) XE(ˆ2 )
(1 2 X ) X2 1
推导也仅用到零均值假定，表明无偏性也成立。
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（2）不再具有最小方差性。
Var(ˆ2 ) E[ˆ2 E(ˆ2 )]2 E(ˆ2 2 )2
E(kt ut
)2
第六章 自相关
第六章 自相关§6.1 自相关一. 概念：经典假定4 cov(,)0,()i j u u i j =≠，不被满足，称i u 存在自相关或序列相关。
自 相关主要存在于时间序列中。
自相关又分为正自相关和负自相关，其主要表现是： 正自相关：当某个0t u >时，随后若干项12,,t t u u ++⋅⋅⋅⋅⋅⋅都有大于零的倾向； 当某个0t u <时，随后若干项12,,t t u u ++⋅⋅⋅⋅⋅⋅都有小于零的倾向。
负自项关：相邻两项的符号有相反的倾向。
在时间序列中，t u 的符号信息对以后各期都有一定的影响，即跨期的扰动项序列相关（经济数据中居多）。
所以在实际工作中，以正自相关较为常见。
二. 产生自相关的原因：1. 许多经济变量是时间序列，此时不能认为u 无自相关；2. 非重要因素归入随机误差项，而这些因素又有自相关的情况；3. 一些重大偶然事件对经济的冲击，往往要延续一段时间；4. 模型本身设置的不正确。
三. 自相关强度的度量------自相关系数1. 自相关的阶：一阶自相关：t u 只与1t u -（之前一期）有关，1()t t u f u -=； 二阶自相关：t u 与12,t t u u --（之前两期）有关，12(,)t t t u f u u --= s 阶自相关：t u 与之前s 期有关，12(,,,)t t t t s u f u u u ---=⋅⋅⋅⋅⋅⋅一般情况下，以研究一阶自相关为主。
因为相邻两期的影响最强且一阶的形式也比较简单。
这时通常假定是一阶线性自相关。
2. 自相关系数：若假定是一阶线性自相关，则自相关形式为1t t t u u v ρ-=+且11ρ-<<ρ是常数，可称为（一阶）自相关系数；t v 是一个新的随机项且满足所有经典假定，即 2~(0,)t v v N σ ()0t t E v v '= ()t t '≠()0s t E u v = ()t s >这样自相关形式就是一个不含常数项的线性模型，ρ就是回归参数，可用OLS 法估计ρ：12212nt t t nt t u uuρ-∧=-==∑∑1nt t u u-≈∑ （当n 很大时，22122n nt t t t u u-==≈∑∑）这完全符合相关系数的计算表达，所以称ρ为自相关系数是合理的。
自相关(序列相关性)
i
β X
1
β
=
1
∑ x y ∑ x
=
β
1
+
∑k u
i
i
所以，E (
Var( β ) = + 2σ ∑ x x ρ σ 2 ∑x (∑ xt )
1
2 2 t s 1 2 u u t s<t 2
)=β β
1
其中，
k
i
=
x ∑x
i
2 i
1
t s
即 Var（
β）
1
>
1
∑x
2 t
σu2
（一） OLS估计值方差增大 估计值方差增大
k ≠s k ≠s
检验， 检验失效 （二） t检验， F检验失效 检验
（三）预测精度降低
第二节 自相关的检验
一、图示法
通过et的变化来推断ut的变化规律 1.估计模型，求出 2.作 断
et
et 与 t
或
et 与et-1等的相关图，进行判
瓦特森（ 二、杜宾--瓦特森（Durbin--Waston）检验 杜宾 瓦特森 ） 简称， 简称， D--W检验 检验
2.自相关产生的原因 自相关产生的原因 （1）随机项 ui 本身的自相关——“真自相关” 例如，一些随机因素：自然灾害、经济政策、战争 等的影响往往会持续若干时期，造成随机项自相关 （2）模型设定不当，包括遗漏重要解释变量或错误确 定模型的数学形式——“拟自相关” （ 3）数据处理不当造成的自相关 例如，对数据进行差分等变换，就可能产生自相关。
，直到其收敛为止。一般，迭代两步就可以
了，所以，又叫科克兰内--奥克特两步法。 杜宾两步法可以推广到高阶自相关的情况。 利用 d=2（1-
第六章 自相关性
进一步，如果
ut ut 1 t
其中
1,t满足E(t ) 0,Var(t )
2
,
cov(t , s ) 0, (t s)
则称ut是一阶线性自相关。
二、自相关性产生的原因
1、经济变量惯性的作用 2、经济行为的滞后性 3、一些随机偶然因素的干扰或影响 4、模型设定的偏误 5、蛛网现象模型
例如：“真实”的边际成本与产量之间的函数关
系式应为：
Yt
1
2 X t
3 X
2 t
ut
其中Yt表示边际成本，X t表示产量，由于认识上的偏
误可能建立如下模型： Yt 1 2 X t vt
其中vt
3
X
2 t
ut，这时由于vt中包含了带有X
2对边
t
际成本的系统影响，使得vt很有可能出现自相关性。
3、一些随机偶然因素的干扰或影响 通常偶然因素是指战争、自然灾害、政策制定
的错误后果、面对一些现象人们的心理因素等等， 这些因素可能影响若干时期，反映在模型中很容 易形成随机误差序列的自相关。
4、设定偏误：
所谓设定偏误是指所建模型“不真实”或“不正 确”。引起设定偏误的主要原因有：模型函数的形式 不正确或遗漏了主要变量。
1、经济变量惯性的作用 大多数经济时间数据都有一个明显的特点，就是
它的惯性，表现在时间序列数据不同时间的前后关联 上。
例如，绝对收入假设下居民总消费函数模型：
Ct=0+1Yt+t
t=1,2,…,n
由于消费习惯的影响被包含在随机误差项中， 则可能出现序列相关性（往往是正相关 ）。
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第六章 自相关性
一、练习题
（一）名词解释
１.序列相关性
２.一阶自相关
３. D.W.检验
４.广义差分法
（二）判断题
１.DW 检验主要是用于检验模型中是否存在高阶自相关性的（ ）
２.在存在自相关的情况下，普通最小二乘法（OLS ）估计量是有偏的和无效的（ ）
3.消除序列相关的一阶差分变换假定自相关系数ρ必须等于1（ ）
4.回归模型中误差项t u 存在自相关时，OLS 估计不再是有效的（ ）
5.Gold-Quandt 检验是检验模型自相关的有效方法之一（ ）
6.在古典回归模型基本假设中，要求随机误差项之间互不相关（ ）
7.逐步回归法是解决模型自相关性的基本方法（ ）
（三）简答与分析题
１.什么是自相关性，其产生的原因有哪些？
２.DW 检验是什么？其不足有哪些？
３.举例说明经济现象中序列相关性的存在。
检验序列相关性的基本方法思路是什么？
4.根据某地区的1978——2000年的财政收入Y 和国内生产总值X 的统计资料，可建立如下的计量经济模型：（10`）
X Y ⨯+=1198.06477.556
（2.5199） （22.7229）
2R ＝0.9609，E S .＝731.2086，F ＝516.3338，W D .＝0.3474
请回答以下问题：
（1）试检验该模型是否存在一阶自相关？
（2）自相关会给建立的计量经济模型产生哪些影响？
（3）如果该模型存在自相关，试运用广义差分法消除一阶自相关，并简单写出步骤。
（2/1ˆd -=ρ
） （临界值24.1=L d ，43.1=U d
5.请搜集我国2005年各省的人均国民收入与人均储蓄的统计资料，建立储蓄收入模型，运用EVIEWS 统计分析软件，检验是否存在自相关性，如果存在，请运用适当的方法进行处理。
二、习题答案
（一）名词解释
１. 序列相关性指对于不同的样本值，随机扰动项之间不再是完全相互独立，而是存在某种相关性。
２. 一阶自相关只的是误差项的当前值只与其自身前一期值之间的相关性。
３. D.W.检验：全称杜宾—瓦森检验，适用于一阶自相关的检验。
该法构造一个统计量：
∑∑==--=n i i
n i i i
e
e e 12221~)~~(d ，计算该统计量的值，根据样本容量n 和解释变量数目k 查D.W.分布表，得到临界值l d 和u d ，然后按照判断准则考察计算得到的D.W.值，以判断模型的自相关性。
４. 广义差分法是一类克服序列相关性的有效方法。
它是将原计量经济模型变换为广义差分模型，使得广义差分模型的随机项不存自相关，再运用OLS 估计，这种处理自相关性的方法称为广义差分法。
（二）判断题
1.错。
DW 检验主要是用于检验模型中是否存在一阶自相关性的。
2.错。
在存在自相关的情况下，普通最小二乘法（OLS ）估计量是无偏。
3.错。
4.对。
5.错。
Gold-Quandt 检验是检验模型异方差的有效方法之一。
6.对。
7.错。
逐步回归法是解决模型多重共线性的基本方法。
（三）简答与分析题
1.对于模型i ki k i i i u x x x y +++++=ββββ 22110（n i ,,2,1 =），如果出现),,2,1,,(,0),(n j i j i u u Cov j i =≠≠，即对于不同的样本点，随机误差项之间不再是完全互相独立，而是存在某种相关性，则认为出现了序列相关性。
序列自相关产生的原因有：(1)经济变量的惯性作用；(2)模型设定不当的影响；(3)一些随机干扰因素的影响；(4)数据处理的影响。
２. D.W.检验：全称杜宾—瓦森检验，适用于一阶自相关的检验。
该法构造一个统计量：
∑∑==--=n i i
n i i i
e
e e 12221
~)~~(d ，计算该统计量的值，根据样本容量n 和解释变量数目k 查D.W.分布表，得到临界值l d 和u d ，然后按照判断准则考察计算得到的D.W.值，以判断模型的
自相关性。
D.W.检验的不足：1.只适用一阶自回归，2.不适用随机解释变量模型，3.有两个不能确定的区域。
３. 在现实经济运行中，序列相关性经常出现，尤其是采用时间序列数据作样本的计量经济学问题。
如：以时间序列数据作为样本建立的行业生产函数模型；以时间序列数据作样本建立的居民总消费函数模型等。
检验序列相关性的方法思路即先采用OLS 法估计模型，以求得随机误差项的“近似估计量~i e ”，然后通过分析这些“近似估计量~
i e ”之间的相关性以达到判断随机误差项是否具有序列相关性的目的。
４.（1）i u Cov (,j u )=0 i ≠j 的古典假设条件不满足，而其他古典假设满足的计量经济模型，称为自相关性。
因为W D .＝0.3474 24.1=L d ，D.WX 小于L d 所以存在自相关，且正相关。
（2）自相关产生的影响：OLS 估计量不是最好估计量，即不具有方差最小性；T 检验，F 检验失效；预测精测下降。
（3）步骤： 估计，可以进行这样模型满足古典假设从而
Ｘ－令ｔ－１
OLS v X b b Y Y Y u u X X b b Y Y t t t t t t t t ++-==-=-+-+-=----*10*t *1-t *1
1101)1(X X Y )()1(ρρρρρρρ
GENR ｔ－１Ｘ－ρρt *1-t *X X Y =-=t Y Y
OLS **X C
Y 得到)1(0ρ-b 1b 的估计值 进一步得到原模型的参数的估计值。
5.略。