时间序列的平稳性和单位根检验
单位根检验
单位根检验单位根检验是一种用于检验指数时间序列是否稳定的方法。
在经济学中，许多变量都是随时间变化的，如股票价格、货币汇率、通货膨胀率等，而这些变量都可以被视为时间序列。
但是，这些时间序列是否稳定是一个重要的问题。
因为如果一个时间序列是不稳定的，那么它的预测结果就是不可靠的。
什么是单位根?单位根是指一个数学方程中的根等于1的根。
在统计学中，我们通常使用单位根来检验时间序列的稳定性。
如果时间序列有一个单位根，那么它就是不稳定的。
因此，我们需要通过时间序列的单位根检验来确定它是否是稳定的。
单位根检验是基于一个叫做“随机游走”的经济学理论的基础上的。
随机游走是指一个随机变量在未来的状态完全是随机的。
如果一个时间序列是随机游走的，那么它就是不稳定的。
因此，我们需要通过检验这个序列是否是随机游走来确定它是否是稳定的。
单位根检验的主要步骤如下：第一步：确定时间序列的类型。
我们需要确定这个时间序列的具体类型，是属于随机游走类型还是平稳类型，或者是介于两者之间的。
第二步：选择一种统计方法进行检验。
单位根检验有许多种不同的方法，每种方法都基于不同的假设。
第三步：计算检验统计量。
根据所选的统计方法，我们需要计算出检验统计量的值，然后与临界值进行比较。
第四步：做出结论。
如果检验统计量的值小于临界值，那么我们可以拒绝原假设，说明时间序列是稳定的；如果检验统计量的值大于临界值，那么我们接受原假设，说明时间序列是不稳定的。
常用的单位根检验方法包括ADF检验、PP检验，以及KPSS检验。
ADF检验ADF检验全称为“Augmented Dickey-Fuller test”。
这种检验方法用于检查一个时间序列是否具有单位根，并且可以给出序列是否是平稳序列的信息。
ADF检验的步骤如下：第一步：设定模型。
ADF模型可以通过以下方式表示：$\Delta Y_t=a+bY_{t-1}+\sum_{i=1}^{k-1}\delta\Delta Y_{t-i}+u_t $其中，$\Delta$表示差分运算符，$Y_t$表示时间序列，$k$表示差分的阶数，$u_t$是一个随机变量。
时间序列单位根检验公式
时间序列单位根检验公式
单位根检验公式是一种用于检验时间序列数据是否具有单位根（即非平稳性）的统计方法。
最常用的单位根检验方法是ADF （Augmented Dickey-Fuller）检验。
ADF检验的统计模型为：
y_t = ρy_{t-1} +δt+β_1y_{t-1}+β_2y_{t-
2}+...+β_ky_{t-k} +ε_t
其中，y_t是时间序列数据，t代表时间，ρ是滞后系数，δ是线性趋势项，β_i是AR过程的系数，ε_t是白噪声项。
ADF检验的零假设是时间序列具有单位根（即非平稳性），备择假设是时间序列不具有单位根（即平稳性）。
如果单位根检验的统计量小于临界值，则拒绝零假设，认为时间序列是平稳的。
拓展：
除了ADF检验，还有其他一些单位根检验方法，如KPSS （Kwiatkowski–Phillips–Schmidt–Shin）检验、PP（Phillips–
Perron）检验等。
这些方法在一些细节上有所差异，但都是用来检验
时间序列的平稳性。
需要注意的是，单位根检验只能用来判断时间序列是否是平稳的，不能确定时间序列是否属于某个特定的平稳模型，也不能用来预测未
来的趋势。
在进行单位根检验时，还需要考虑其他因素，如样本容量、滞后阶数的选择等，以保证检验结果的准确性。
时间序列平稳性和单位根检验教材
时间序列平稳性和单位根检验教材时间序列平稳性是时间序列分析中的重要概念。
在时间序列中，平稳性意味着序列的统计性质在时间上是不变的，不受时间趋势、周期性和季节性等因素的影响。
单位根检验是一种用于检验时间序列是否平稳的方法。
它的原理是通过检验序列中的单位根是否存在来判断序列的平稳性。
在时间序列分析中，平稳性是进行预测和建模的基础。
如果序列是平稳的，我们可以使用很多传统的统计方法进行分析，如自回归移动平均模型（ARMA）、自回归积分移动平均模型（ARIMA）等。
而如果序列不是平稳的，那么我们需要对其进行差分或其他预处理方法，以使其变为平稳序列。
单位根检验的方法有很多种，常用的有ADF检验（Augmented Dickey-Fuller test）、KPSS检验（Kwiatkowski-Phillips-Schmidt-Shin test）等。
这些方法都是基于对序列中单位根的存在与否进行统计检验的。
ADF检验是单位根检验中最常用的方法之一。
它的原理是对序列的自回归系数进行估计，并检验这些系数是否在单位根周围波动。
如果系数波动在单位根周围，则说明序列存在单位根，即不是平稳序列。
反之，如果系数波动在一个常数附近，则说明序列不存在单位根，即是平稳序列。
KPSS检验则是另一种常用的单位根检验方法。
它的原理是对序列进行单位根的最小二乘估计，并检验估计值与实际值之间的差异。
如果估计值与实际值之间存在显著的差异，则说明序列存在单位根，即不是平稳序列。
反之，如果差异不显著，则说明序列不存在单位根，即是平稳序列。
总结起来，时间序列平稳性和单位根检验是时间序列分析的重要概念和方法。
平稳性是进行预测和建模的前提，而单位根检验是判断序列是否平稳的重要工具。
通过对序列平稳性和单位根的检验，可以帮助我们选择合适的建模方法，提高时间序列分析的准确性和可靠性。
时间序列分析是一种用于研究时间变化规律的统计方法，广泛应用于经济学、金融学、气象学、社会学等领域。
计量经济学-第21章 时间序列计量经济学基础Ⅰ--平稳性、单位跟与协整
其中a是常数，ut 是平稳的，比如 E(ut ) 0,var(ut ) 2 ，
则这样的 Yt 过程叫做DSP
可见一个平稳时间序列可以用一个TS过程作为它的 模型，而一个非平稳时间序列则代表一个DS过程
对于存在随机趋势的时间序列的关系的分析需要做 协整以及非平稳性检验
在做PCE对PDI的回归时可以加进趋势变量t，消去PCE和PDI的时间趋 势。
当时我们曾经强调，只有当趋势变量是确定性的（deterministic），而不 是随机（stochastic）时，才可以这样做。
如果一个时间序列有一个单位根，则不能使用加进趋势变量t的方法来去 除趋势。
趋势平稳过程（trend-stationary process，简记为TSP），在下面的回归 中：
考虑一下模型
（21.3.4）
其中 ut 是均值为零，恒定方差且序列不相关的随 机误差项，即 ut 是white noise。
这是一个一阶自回归模型，Yt-1的系数为1，｛Yt｝ 序列存在一个单位根。也就是说,｛Yt｝是一个非 平稳序列。
有一个单位根的时间序列叫做随机游走（时间序 列）。随机游走（random walk）是非平稳时间 序列的一个例子。
其中，n—样本容量，m—滞后长度 Q近似地（即在大样本中）服从m个自由度的
分布。
则拒绝全部 同时为零的虚拟 假设。也就是说，至少有一个（或一些） 是非零的。
设。
则不拒绝全部 为零的虚拟假
杨—博克斯（Ljung Box）构造的统计量是对博克 斯—皮尔斯（Box-Pierce）Q统计量的一种改进。
LB统计量比Q统计量具有更好的小样本性质。 图21.8中的例子，基于25期滞后的Q统计量为793， LB统计量为891，两者都是高度显著的，得到 值的P值几乎为零。
时间序列的平稳非平稳协整格兰杰因果关系
时间序列的平稳、非平稳、协整、格兰杰因果关系步骤：先做单位根检验，看变量序列是否平稳序列，若平稳，可构造回归模型等经典计量经济学模型；若非平稳，进行差分，当进行到第i次差分时序列平稳，则服从i阶单整（注意趋势、截距不同情况选择，根据P值和原假设判定）。
若所有检验序列均服从同阶单整，可构造VAR模型，做协整检验（注意滞后期的选择），判断模型内部变量间是否存在协整关系，即是否存在长期均衡关系。
如果有，则可以构造VEC模型或者进行Granger因果检验，检验变量之间“谁引起谁变化”，即因果关系。
1.单位根检验是序列的平稳性检验，如果不检验序列的平稳性直接OLS容易导致伪回归。
常用的ADF检验包括三个模型方程。
在李子奈的《高级计量经济学》上有该方法的全部步骤，即从含趋势项、截距项的方程开始，若接受原假设，则对模型中的趋势项参数进行t 检验，若接受则进行对只含截距项的方程进行检验，若接受，则对一阶滞后项的系数参数进行t检验，若接受，则进行差分后再ADF检验；若拒绝，则序列为平稳序列。
2.当检验的数据是平稳的（即不存在单位根），要想进一步考察变量的因果联系，可以采用格兰杰因果检验，但要做格兰杰检验的前提是数据必须是平稳的，否则不能做。
3.当检验的数据是非平稳（即存在单位根），并且各个序列是同阶单整（协整检验的前提），想进一步确定变量之间是否存在协整关系，可以进行协整检验，协整检验主要有EG两步法和JJ检验：(1)EG两步法是基于回归残差的检验，可以通过建立OLS模型检验其残差平稳性；(2)JJ检验是基于回归系数的检验，前提是建立VAR模型（即模型符合ADL模式）。
4.当变量之间存在协整关系时，可以建立ECM进一步考察短期关系，Eviews这里还提供了一个Wald－Granger检验，但此时的格兰杰已经不是因果关系检验，而是变量外生性检验，请注意识别。
5.格兰杰检验只能用于平稳序列！这是格兰杰检验的前提，而其因果关系并非我们通常理解的因与果的关系，而是说x的前期变化能有效地解释y的变化，所以称其为“格兰杰原因”。
实验报告关于时间序列(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解时间序列的基本概念和特性；2. 掌握时间序列的常用分析方法；3. 学会运用时间序列分析方法解决实际问题。
二、实验内容1. 时间序列数据收集2. 时间序列描述性分析3. 时间序列平稳性检验4. 时间序列模型构建5. 时间序列预测三、实验方法1. 时间序列数据收集：通过查阅相关文献、统计数据网站等方式获取实验所需的时间序列数据。
2. 时间序列描述性分析：对时间序列数据进行统计分析，包括均值、标准差、偏度、峰度等。
3. 时间序列平稳性检验：运用单位根检验（ADF检验）判断时间序列的平稳性。
4. 时间序列模型构建：根据时间序列的平稳性，选择合适的模型进行构建，如ARIMA模型、季节性分解模型等。
5. 时间序列预测：利用构建好的时间序列模型进行预测，并评估预测结果的准确性。
四、实验步骤1. 数据收集：选取我国某地区近十年的GDP数据作为实验数据。
2. 描述性分析：计算GDP数据的均值、标准差、偏度、峰度等统计量。
3. 平稳性检验：对GDP数据进行ADF检验，判断其平稳性。
4. 模型构建：根据ADF检验结果，选择合适的模型进行构建。
5. 预测：利用构建好的模型对GDP数据进行预测，并评估预测结果的准确性。
五、实验结果与分析1. 数据收集：获取我国某地区近十年的GDP数据，数据如下：年份 GDP（亿元）2010 200002011 230002012 260002013 290002014 320002015 350002016 380002017 410002018 440002019 470002. 描述性分析：计算GDP数据的均值、标准差、偏度、峰度等统计量，结果如下：均值：39600亿元标准差：4900亿元偏度：-0.2峰度：-1.83. 平稳性检验：对GDP数据进行ADF检验，结果显示ADF统计量在1%的显著性水平下拒绝原假设，说明GDP数据是非平稳的。
4. 模型构建：由于GDP数据是非平稳的，我们可以对其进行差分处理，使其变为平稳序列。
单位根检验的原理
单位根检验的原理单位根检验是时间序列分析中常用的一种方法，它主要用于检验一个序列是否是平稳的。
在实际应用中，我们经常需要对时间序列数据进行分析，以了解其规律性和特点。
而单位根检验就是其中的一种重要方法，下面我们将详细介绍单位根检验的原理及其应用。
首先，我们需要了解单位根的概念。
在时间序列分析中，如果一个序列存在单位根，那么它就是非平稳的。
而非平稳的序列在进行建模和预测时会带来很多问题，因此单位根检验就显得尤为重要。
接下来，我们来介绍单位根检验的原理。
单位根检验的原理是基于单位根过程的特性来进行的。
单位根过程是指一个时间序列的特性，它的平稳性与非平稳性之间存在某种联系。
单位根检验的原理是通过对序列进行单位根检验，来判断序列的平稳性。
在实际操作中，我们常用的单位根检验方法有ADF检验、PP检验等。
ADF检验是最常用的单位根检验方法之一。
它的原理是对原始序列进行单位根检验，如果序列存在单位根，则拒绝原假设，认为序列是非平稳的；反之，如果序列不存在单位根，则接受原假设，认为序列是平稳的。
PP检验也是一种常用的单位根检验方法，它与ADF检验类似，都是用来判断序列的平稳性。
在实际应用中，单位根检验通常是时间序列分析的第一步。
通过单位根检验，我们可以判断一个序列是否是平稳的，从而为后续的建模和预测提供依据。
另外，单位根检验还可以用于多变量时间序列的分析，例如协整关系的检验等。
总之，单位根检验是时间序列分析中非常重要的一部分，它主要用于判断一个序列是否是平稳的。
通过对序列进行单位根检验，我们可以更好地了解序列的特性，为后续的分析和应用提供依据。
因此，掌握单位根检验的原理及其应用是非常重要的。
希望本文能够对您有所帮助，谢谢阅读！。
单位根检验和协整检验
单位根检验和协整检验单位根检验和协整检验是时间序列分析中常用的两种方法。
本文将分别介绍这两种检验方法的概念、原理和应用。
一、单位根检验1.概念单位根检验，又称为ADF（Augmented Dickey-Fuller）检验，是一种用于判断时间序列是否具有平稳性的方法。
它的基本原理是通过对时间序列进行一定程度的差分，使得序列变得平稳，从而判断序列是否具有单位根。
2.原理在时间序列中，如果一个变量具有单位根，则说明它在长期内存在趋势或者周期性波动。
而如果一个变量具有平稳性，则说明它在长期内不存在趋势或者周期性波动。
因此，通过对时间序列进行差分，可以消除其中的趋势或者周期性波动，使得序列变得平稳。
ADF检验的基本原理就是通过比较差分后的时间序列与原始时间序列之间的关系来判断是否存在单位根。
具体地说，在ADF检验中，我们需要假设一个线性回归模型：ΔYt = α + βt + γYt-1 + δ1ΔYt-1 + … + δpΔYt-p + εt其中，Δ表示差分符号；Yt表示时间序列；α、β、γ、δ1~δp和εt分别表示回归系数和误差项。
如果该模型中的γ等于0，则说明时间序列具有单位根，即存在趋势或者周期性波动；如果γ小于0，则说明时间序列具有平稳性，即不存在趋势或者周期性波动。
3.应用ADF检验通常用于判断时间序列是否具有平稳性。
在金融领域中，它常被用于股票价格的分析和预测。
例如，通过对股票价格进行ADF检验，可以判断该股票是否处于上涨或下跌趋势，并进一步预测未来的走势。
二、协整检验1.概念协整检验是一种用于判断两个或多个时间序列之间是否存在长期稳定的关系的方法。
它的基本原理是通过构建线性组合，使得两个或多个时间序列之间的关系变得平稳。
2.原理在协整检验中，我们需要假设一个线性组合模型：Yt = α + βXt + εt其中，Yt和Xt分别表示两个时间序列；α、β和εt分别表示回归系数和误差项。
如果该模型中的β等于0，则说明Yt和Xt之间不存在长期稳定的关系；如果β不等于0，则说明Yt和Xt之间存在长期稳定的关系，即它们是协整的。
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，因此运用相关图检验时间序列的平稳性非常 方便。
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三、平稳性的单位根检验
（unit root test）
1、DF检验（Dicky-Fuller Test）
X t X t1 t X t X t1 t
零假设 H0：=0 备择假设 H1：<0
可通过OLS法下的t检验完成。
• 但是，在零假设（序列非平稳）下，即使在大样 本下t统计量也是有偏误的（向下偏倚），通常的 t 检验无法使用。
• 白噪声（white noise）过程是平稳的： Xt=t ， t~N(0,2)
• 随机游走（random walk）过程是非平稳的： Xt=Xt-1+t ， t~N(0,2) Var(Xt)=t2
• 随机游走的一阶差分（first difference）是平稳 的： Xt=Xt-Xt-1=t ，t~N(0,2)
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• 自相关函数是以协方差函数为基础定义的k k / 0
，其中 k Cov(Yt ,Ytk )和 0 Var(Yt )分别为协方差和方 差函数。 • 因为只有时间序列的一个实现，因此不可能根 据随机变量协方差、方差的定义计算，只能用 样本，也就是时间序列观测值的时间平均代替 总体平均，时间矩代替总体矩，得到自相关函 数的估计。
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• 这个问题可以通过对平稳性概念的扩展解决。 • 方法是把数据的趋势部分看成先分离出来，然
后根据分离趋势后的纯随机部分判定平稳性。 • 例如一个时间序列t 时刻的随机变量可以表示
为Yt t t，其中t是一个平稳序列，那
么该序列去掉时间趋势 t之后的部分就是平
稳的，称为“趋势平稳” 。 • 趋势平稳时间序列中的时间趋势既可以是线性
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• 自相关函数最好的估计方法是样本自相关函数
：
ˆk
ˆk ˆ0
其中：
n
(Yt Y )(Ytk Y )
ˆk t 1
n
n
(Yt Y )2
ˆ0 t1 n
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• 对不同可以描绘出对应不同k的 ˆk的分布图形
，根据图形的特征判断时间序列是否平稳。 • 当样本自相关函数的值（对不同k）有许多落
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• 多数经济时间序列有上升或下降的趋势性，而 不是围绕不变水平波动。
• 例如图8.1.1b中的时间序列数据就是有明显的 上升趋势的时间序列数据。
• 不符合平稳性定义，但围绕稳定上升趋势的形 态与平稳数据是相似的，预测作用也相似。把 这种数据排除在平稳序列之外，平稳序列的应 用价值必然受到很大限制。
–例如：如果有两列时间序列数据表现出一致的变化趋势 （非平稳的），即使它们没有任何有意义的关系，但进 行回归也可表现出较高的可决系数。
2、平稳性的定义
• 假定某个时间序列是由某一随机过程 （stochastic process）生成的，即假定时间序 列{Xt}（t=1, 2, …）的每一个数值都是从一个 概率分布中随机得到，如果满足下列条件：
一、时间序列的平稳性 Stationary Time Series
⒈问题的提出
• 经典计量经济模型常用到的数据有：
– 时间序列数据（time-series data)； – 截面数据(cross-sectional data) – 平行/面板数据（panel data/time-series cross-section data)
• 如果一个时间序列是非平稳的，它常常可通过 取差分的方法而形成平稳序列。
二、平稳性的图示判断
• 平稳随机过程的均值和方差函数是常数，意味 着平稳时间序列的取值必然围绕一个水平的中 心趋势，以相同的发散程度分布。
• 根据这一点，可以从数据分布图形直接对数据 是否平稳进行判断。
• 例如当时间序列数据的连线图形出现类似图 8.1.1a的情况时，就肯定不是平稳时间序列， 因为这两种图形表明时间序列数据都没有不变 的中心趋势，或者说中心趋势是变化的，而且 也没有稳定的方差。
– 均值E(Xt)=是与时间t 无关的常数； – 方差Var(Xt)=2是与时间t 无关的常数； – 协方差Cov(Xt,Xt+k)=k 是只与时期间隔k有关，与
时间t 无关的常数；
• 则称该随机时间序列是平稳的（stationary)， 而该随机过程是一平稳随机过程（stationary stochastic process）。 宽平稳、广义平稳
§8.1 Stationary Time Serial and Unit Root
Test
一、时间序列的平稳性 二、单整序列
• 经典时间序列分析模型：
– 包括MA、AR、ARMA模型 – 平稳时间序列模型 – 分析时间序列自身的变化规律
• 现代时间序列分析模型：
– 分析时间序列之间的结构关系 – 单位根检验、协整检验是核心内容 – 现代宏观计量经济学的主要内容
• 时间序列数据是最常见，也是最常用到的数据。 • 经典回归分析暗含着一个重要假设：数据是平稳的。
• 数据非平稳，大样本下的统计推断基础——“一致 性”要求——被破怀。
• 数据非平稳，往往导致出现“虚假回归” （Spurious Regression）问题。
–表现为两个本来没有任何因果关系的变量，却有很高的 相关性。
随机游走，非平稳
对该式回归，如果确实 发现ρ=1，则称随机变
量Xt有一个单位根。
X t ( 1) X t1 t X t1 t
等价于通过该式判断 是否存在δ=0。
• 通过上式判断Xt是否有单位根,就是时间序列 平稳性的单位根检验。
• 一般检验模型
X t X t1 t X t X t1 t
，也可以是非线性的。
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自相关图检验
• 原理：平稳时间序列过程的自协方差，或由协 方差计算的自相关函数，应该很小、很快趋向 于0，具有截尾或拖尾特征 。这些特征正是判 断时间序列平稳性的重要依据。
• 由于自相关是相对量指标，方便横向比较和建 立一般标准，因此通常利用自相关函数进行判 断。
• 利用自相关函数判断时间序列平稳性的首要问 题是计算自相关函数。