时间序列分析
时间序列分析第一章王燕习题解答
时间序列分析习题解答第一章 P. 7 1.5 习题1.1 什么是时间序列？请收集几个生活中的观察值序列。
答：按照时间的顺序把随机事件变化发展的过程记录下来就构成一个时间序列。
例1：1820—1869年每年出现的太阳黑子数目的观察值；年份黑子数年份黑子数年份黑子数年份黑子数年份黑子数1820 16 1830 71 1840 63 1850 66 1860 96 1821 7 1831 48 1841 37 1851 64 1861 77 1822 4 1832 28 1842 24 1852 54 1862 59 1823 2 1833 8 1843 11 1853 39 1863 44 1824 8 1834 13 1844 15 1854 21 1864 47 1825 17 1835 57 1845 40 1855 7 1865 30 1826 36 1836 122 1846 62 1856 4 1866 16 1827 50 1837 138 1847 98 1857 23 1867 7 1828 62 1838 103 1848 124 1858 55 1868 37 1829 67 1839 86 1849 96 1859 94 1869 74 例2：北京市城镇居民1990—1999年每年的消费支出按照时间顺序记录下来，就构成了一个序列长度为10的消费支出时间序列（单位：亿元）。
1686，1925，2356，3027，3891，4874，5430，5796，6217，6796。
1.2 时域方法的特点是什么？答：时域方法特点：具有理论基础扎实，操作步骤规范，分析结果易于解释的优点，是时间序列分析的主流方法。
1.3 时域方法的发展轨迹是怎样的？答：时域方法的发展轨迹：一．基础阶段：1. G.U. Yule 1972年AR模型2. G.U.Walker 1931年 MA模型、ARMA模型二．核心阶段：G.E.P.Box和G.M.Jenkins1. 1970年，出版《Time Series Analysis Forecasting and Control》2. 提出ARIMA模型（Box-Jenkins模型）3. Box-Jenkins模型实际上主要运用于单变量、同方差场合的线性模型三．完善阶段：1.异方差场合：a.Robert F.Engle 1982年 ARCH模型b.Bollerslov 1985年 GARCH模型2.多变量场合：C.Granger 1987年提出了协整（co-integration）理论3.非线性场合：汤家豪等 1980年门限自回归模型1.4 在附录1中选择几个感兴趣的序列，创建数据集。
如何使用Matlab进行时间序列分析
如何使用Matlab进行时间序列分析一、引言时间序列分析是一种广泛应用于经济学、金融学、气象学、医学等领域的分析方法。
在实际应用中，我们经常需要对时间序列数据进行分析、预测和模型建立。
本文将以Matlab为工具，介绍如何使用Matlab进行时间序列分析，帮助读者掌握基本的分析方法和操作步骤。
二、数据准备在进行时间序列分析之前，首先需要准备好相应的数据。
数据可以是从各种渠道获取的实际观测数据，也可以是通过模拟生成的人工数据。
在实际应用中，我们常常需要对长期时间序列进行处理，因此需要考虑数据的数据量和时间范围。
三、数据导入和可视化在Matlab中，数据导入可以通过读取文本文件、Excel文件或者数据库等方式实现。
一旦数据导入成功，我们可以使用Matlab提供的绘图函数将数据进行可视化，以便对数据有一个直观的了解。
常用的绘图函数包括plot、bar、histogram等。
四、平稳性检验在进行时间序列分析之前，我们需要先判断数据是否平稳。
平稳性是时间序列分析的基本假设之一，如果数据不平稳，我们需要进行相应的调整。
在Matlab中，可以使用adftest函数或者kpssTest函数进行平稳性检验，判断数据序列是否平稳。
五、数据预处理在进行时间序列分析之前，有时候需要对数据进行预处理，以消除季节性、趋势性等因素的影响。
常用的预处理方法包括差分、平滑和季节调整等。
在Matlab中，可以使用diff函数对数据进行差分，使用smooth函数进行平滑处理，使用seasonaladjust函数进行季节调整。
六、自相关函数和偏自相关函数的计算自相关函数（ACF）和偏自相关函数（PACF）是分析时间序列的重要工具。
它们可以帮助我们确定时间序列的阶数和选择适当的模型。
在Matlab中，可以使用autocorr函数和parcorr函数分别计算ACF和PACF。
七、模型建立和参数估计在时间序列分析中，我们常常需要通过建立适当的模型来进行预测。
时间序列分析ppt课件
目录
• 时间序列分析简介 • 时间序列的基本概念 • 时间序列分析方法 • 时间序列分析案例 • 时间序列分析的未来发展
01 时间序列分析简介
时间序列的定义与特点
定义
时间序列是指按照时间顺序排列的一 系列观测值。
特点
时间序列具有动态性、趋势性和周期 性等特点，这些特点对时间序列分析 具有重要的影响。
时间序列的季节性
总结词
时间序列的季节性是指时间序列在固定周期内重复出现的模式，这种模式可能是由于季节性因素、周 期性事件或数据采集的频率所引起的。
详细描述
季节性是时间序列中的一个重要特征，许多时间序列都表现出季节性。例如，一个表示月度销售的序 列可能会在每个月份都出现类似的销售模式。在进行时间序列分析时，需要考虑季节性对模型的影响 ，以便更准确地预测未来的趋势和模式。
时间序列分析在金融领域的应用广泛，如股票价格预测 、风险评估等。未来将进一步探索时间序列分析时间序列分析可用于医学影像分析、疾病 预测等方面。未来将进一步拓展其在健康领域的应用范 围，为医疗保健提供有力支持。
谢谢聆听
时间序列分析的意义
01
预测未来趋势
通过对时间序列进行分析，可以了解数据的变化趋势， 从而预测未来的走势，为决策提供依据。
02
揭示内在规律
时间序列分析可以帮助我们揭示数据背后的内在规律和 机制，进一步理解事物的本质。
03
优化资源配置
通过对时间序列的预测和分析，可以更好地优化资源配 置，提高资源利用效率。
03 时间序列分析方法
图表分析法
总结词
通过图表直观展示时间序列数据，便 于观察数据变化趋势和异常点。
详细描述
数据分析中的时间序列分析方法
数据分析中的时间序列分析方法时间序列分析是数据分析中常用的一种方法，通过对时间序列数据的分析，可以揭示出数据的趋势、周期性和随机变动等规律，从而为决策提供有力的支持。
本文将介绍几种常用的时间序列分析方法。
一、平滑法（Smoothing）平滑法是一种常见的时间序列分析方法，其主要目的是去除数据中的随机波动，揭示出数据的长期趋势。
平滑法最常用的方法包括简单移动平均法、加权移动平均法和指数平滑法等。
简单移动平均法将一段时间内的数据取平均值，加权移动平均法则对不同时间的数据进行加权计算，而指数平滑法则是根据数据的权重递推计算平滑值。
二、分解法（Decomposition）分解法是将时间序列数据分解为趋势、季节性和随机成分三个部分的方法。
通过分析趋势部分，可以了解数据的长期变化趋势；分析季节性部分，可以揭示出数据中的周期性变动；而随机成分则代表了不可预测的波动。
常用的分解法有加法分解和乘法分解两种方式。
加法分解是将时间序列数据减去趋势和季节性成分，得到的剩余部分就是随机成分；乘法分解则是将时间序列数据除以趋势和季节性成分，得到的结果同样是随机成分。
三、自回归移动平均模型（ARMA）自回归移动平均模型是一种常用的时间序列预测方法，通过对时间序列数据的自相关和移动平均相关进行建模，可以预测未来时间点的值。
ARMA模型是AR模型和MA模型的结合，AR模型用于描述数据的自相关关系，而MA模型则用于描述数据的移动平均相关关系。
ARMA模型的具体建模过程包括模型的阶数选择、参数估计和模型检验等。
四、季节性ARIMA模型（SARIMA）季节性ARIMA模型是在ARIMA模型的基础上加入季节性成分的一种模型。
季节性ARIMA模型主要用于处理具有明显季节性规律的时间序列数据。
与ARIMA模型类似，季节性ARIMA模型也包括模型阶数选择、参数估计和模型检验等步骤，不同的是在建模时需要考虑季节性的影响。
五、灰色系统模型（Grey Model）灰色系统模型是一种特殊的时间序列预测方法，主要适用于数据样本较少或者数据质量较差等情况。
应用时间序列分析(第6版)PPTch5
例5-7
• 已知ARIMA（1,1,1)模型为
• 已知：
•求
的95%置信区间。
【解】 • 展开原模型，得到等价模型 • 预测值的递推公式为
例5-7解
• ３期预测误差的方差为
• 广义自相关函数为
• Green函数为 • 3期预测值方差为 • 3期预测值的95%置信区间为
例5-6续
例4.9
差分平稳
• 一阶差分时序图
• ADF 检验
结论： 平稳非白噪声序列
• 白噪声检验
模型定阶
• 一阶差分后序列自相关图
• 一阶差分后序列偏自相关图
１阶差分后序列的自相关图显示拖尾特征，偏自相关图显示１阶截尾特征。所以考虑用 AR(1) 模型拟合１阶差分后序列。考虑到前面已经进行的１阶差分运算，实际上使用ARIMA(1,1,0) 模型拟合原序列。
无季节效应的非平稳序列分析
05
本章内容
01
Cramer分解定理
02
差分平稳
03
ARIMA模型
04
疏系数模型
Cramer分解定理
• Cramer分解定理
• Harald Cramer(1893-1985)。瑞典人，斯德哥尔 摩大学教授，著名的统计学家和保险精算学家。
• Cramer 分解定理是Wold分解定理的推广。Wold分 解定理是平稳序列的理论基础，Cramer分解定理是 非平稳序列的理论基础。
• 但应当注意的是，差分运算的阶数并不是越多越好。因为差分运算是一种 对信息的提取、加工过程，每次差分都会有信息的损失。
• 在实际应用中差分运算的阶数得适当，应当避免过度差分的现象 。
例5-4
• 假设序列如下
时间序列分析的应用
时间序列分析的应用时间序列分析是运用数学、统计学等方法对时间序列资料进行观察、分析和预测的一门学科。
时间序列资料是在时间顺序下观察到的一系列变量值，例如股票收盘价、气候变化指标和销售数据等。
时间序列分析的应用广泛，下面就从不同领域的角度来介绍一些常见的应用及其方法。
1. 经济领域时间序列分析在经济领域的应用较为广泛，主要用于对宏观经济变量进行预测和分析。
主要方法包括趋势分析、季节性分析和周期性分析。
趋势分析可以用于预测经济增长趋势，季节性分析可以用于预测销售数据在不同季节的变化，周期性分析可以用于预测市场波动周期。
此外，时间序列分析还可以用于金融领域的波动率预测和风险管理。
2. 环境领域时间序列分析在环境领域的应用也相当重要。
例如，可以利用时间序列资料来分析气候变化趋势和减缓气候变化的措施效果。
常用的分析方法包括时间序列的平稳性分析、自回归滑动平均模型建立和灰色预测等。
3. 医学领域医学领域中，时间序列分析可用于病发率预测、药物效果评价等方面。
例如，疫情数据的时间序列分析可以用于控制疫情的扩散趋势，肿瘤病发率时间序列分析可用于对病人治疗和康复方案的预测。
4. 社交媒体领域随着社交媒体的普及，时间序列分析在社交媒体领域也有了广泛的应用。
例如，可以分析特定时段用户对某个事件的互动情况，利用时间序列分析挖掘用户对某个品牌的兴趣变化趋势等方面。
常用的分析方法包括自回归模型、指数平滑法等。
总的来说，时间序列分析是一种非常有用的数据分析方法，可以应用于诸多领域并取得良好的预测效果。
使用者需要选择合适的方法，结合实际情况进行分析。
此外，由于时间序列资料具有一定的随机性质，关键在于准确、全面地获取数据、选择合适的模型和算法来进行分析。
时间序列分析模型
时间序列分析模型时间序列分析是一种广泛应用于统计学和经济学领域的建模方法，用于研究随时间变化的数据。
它的目的是揭示和预测数据中隐含的模式和关系，以便更好地理解和解释现象，并做出相应的决策。
时间序列分析模型可以分为统计模型和机器学习模型两类。
一、统计模型1.平稳时间序列模型：平稳时间序列是指在统计学意义上均值和方差都是稳定的序列。
常用的平稳时间序列模型包括：自回归移动平均模型（ARMA）、自回归整合移动平均模型（ARIMA）和季节性自回归整合移动平均模型（SARIMA）等。
-自回归移动平均模型（ARMA）是根据时间序列数据的自相关和移动平均性质建立的模型。
它将序列的当前值作为过去值的线性组合来预测未来值。
ARMA(p,q)模型中，p表示自回归项的阶数，q表示移动平均项的阶数。
-自回归整合移动平均模型（ARIMA）在ARMA模型基础上引入差分操作，用于处理非平稳时间序列。
ARIMA(p,d,q)模型中，d表示差分的次数。
-季节性自回归整合移动平均模型（SARIMA）是ARIMA模型的扩展，在存在季节性变化的时间序列数据中应用。
SARIMA(p,d,q)(P,D,Q)s模型中，s表示季节周期。
2.非平稳时间序列模型：非平稳时间序列是指均值和/或方差随时间变化的序列。
常用的非平稳时间序列模型包括：趋势模型、季节性调整模型、自回归积分滑动平均模型（ARIMA）和季节性自回归积分滑动平均模型（SARIMA）等。
- 趋势模型用于描述数据中的趋势变化，例如线性趋势模型（y = ax + b）和指数趋势模型（y = ab^x）等。
-季节性调整模型用于调整季节性变化对数据的影响，常见的方法有季节指数调整和X-12-ARIMA方法。
-自回归积分滑动平均模型（ARIMA）和季节性自回归积分滑动平均模型（SARIMA）在非平稳时间序列中引入差分操作进行模型建立。
二、机器学习模型机器学习模型在时间序列分析中发挥了重要作用，主要应用于非线性和高维数据的建模和预测。
时间序列分析方法及其应用
时间序列分析方法及其应用时间序列分析是数据分析中的一种重要方法，其应用范围涵盖了许多领域，如经济、环境、社会和科学。
时间序列分析可以帮助人们预测未来事件或现象的趋势，以便做出更好的决策。
本文将介绍时间序列分析的基本原理、方法和实际应用。
一、时间序列分析的基本原理时间序列分析是基于时间序列数据进行的一种数据分析方法。
时间序列数据是按时间顺序排列的一系列相关观测值，通常包括时间和相应的测量值。
时间序列数据的变化受到各种因素的影响，如季节、趋势、循环和随机事件。
时间序列分析的基本原理是首先探究数据的趋势和模式，然后通过建立模型，来预测未来的变化。
探究数据的趋势和模式，可以帮助我们了解时间序列的特点和规律。
建立模型，需要选取适当的算法和参数，以最佳方式拟合数据，从而使预测结果具有较高的置信度和准确度。
二、时间序列分析的常用方法常用的时间序列分析方法包括：平均数方法、指数平滑法、移动平均法、ARIMA模型等。
1. 平均数方法平均数方法是一种比较简单的时间序列分析方法，适用于变化比较平稳的数据。
该方法的原理是计算一定时间段内的平均值，以便探索数据的趋势。
2. 指数平滑法指数平滑法是一种常用的时间序列分析方法，适用于数据变化比较平稳但有一定噪声的情况。
该方法的原理是平滑数据可以让趋势更加明显，使得预测结果更加准确。
3. 移动平均法移动平均法是一种针对季节性影响的时间序列分析方法。
该方法通过计算同一季节的不同年份的数据平均值，来探究季节性变化的规律，并从中预测未来趋势。
4. ARIMA 模型ARIMA（自回归移动平均）模型是一种广泛应用的时间序列分析方法。
该模型通过探索时间序列的趋势、季节和随机特征，来建立ARIMA模型，并利用该模型进行预测。
ARIMA模型是一种相对复杂的时间序列分析方法，但其预测准确度较高，应用广泛。
三、时间序列分析的实际应用时间序列分析广泛应用于许多领域，如经济、环境、社会和科学。
1. 经济领域时间序列分析在经济预测和政府政策制定方面应用广泛。
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时间序列分析
1. 基本概念
(1) 一般概念：系统中某一变量的观测值按时间顺序（时间间隔相同）排列成一个数值序列，
展示研究对象在一定时期内的变动过程，从中寻找和分析事物的变化特征、发展趋势和规律。
它是系统中某一变量受其它各种因素影响的总结果。
(2) 研究实质：通过处理预测目标本身的时间序列数据，获得事物随时间过程的演变特性与
规律，进而预测事物的未来发展。它不研究事物之间相互依存的因果关系。
(3) 假设基础：惯性原则。即在一定条件下，被预测事物的过去变化趋势会延续到未来。暗
示着历史数据存在着某些信息，利用它们可以解释与预测时间序列的现在和未来。
近大远小原理（时间越近的数据影响力越大）和无季节性、无趋势性、线性、常数方差等。
(4) 研究意义：许多经济、金融、商业等方面的数据都是时间序列数据。
时间序列的预测和评估技术相对完善，其预测情景相对明确。
尤其关注预测目标可用数据的数量和质量，即时间序列的长度和预测的频率。
2. 变动特点
(1)趋势性：某个变量随着时间进展或自变量变化，呈现一种比较缓慢而长期的持续上升、
下降、停留的同性质变动趋向，但变动幅度可能不等。
(2)周期性：某因素由于外部影响随着自然季节的交替出现高峰与低谷的规律。
(3)随机性：个别为随机变动，整体呈统计规律。
(4)综合性：实际变化情况一般是几种变动的叠加或组合。预测时一般设法过滤除去不规则
变动，突出反映趋势性和周期性变动。
3. 特征识别
认识时间序列所具有的变动特征，以便在系统预测时选择采用不同的方法。
(1)随机性：均匀分布、无规则分布，可能符合某统计分布。(用因变量的散点图和直方图及
其包含的正态分布检验随机性，大多数服从正态分布。)
(2)平稳性：样本序列的自相关函数在某一固定水平线附近摆动，即方差和数学期望稳定为
常数。
样本序列的自相关函数只是时间间隔的函数，与时间起点无关。其具有对称性，能反映平稳
序列的周期性变化。
特征识别利用自相关函数ACF：ρk=γk/γ0
其中γk是yt的k阶自协方差，且ρ0=1、-1<ρk<1。
平稳过程的自相关系数和偏自相关系数都会以某种方式衰减趋近于0，前者测度当前序
列与先前序列之间简单和常规的相关程度，后者是在控制其它先前序列的影响后，测度当前
序列与某一先前序列之间的相关程度。
实际上，预测模型大都难以满足这些条件，现实的经济、金融、商业等序列都是非稳定的，
但通过数据处理可以变换为平稳的。
4. 预测类型
(1)点预测：确定唯一的最好预测数值，其给出了时间序列未来发展趋势的一个简单、直接
的结果。但常产生一个非零的预测误差，其不确定程度为点预测值的置信区间。
(2)区间预测：未来预测值的一个区间，即期望序列的实际值以某一概率落入该区间范围内。
区间的长度传递了预测不确定性的程度，区间的中点为点预测值。
(3)密度预测：序列未来预测值的一个完整的概率分布。根据密度预测，可建立任意置信水
平的区间预测，但需要额外的假设和涉及复杂的计算方法。