ARIMA 流程的 Box-Jenkins 方法到底是什么?

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2022-03-16 14:39:11

维基百科页面说 Box-Jenkins 是一种将 ARIMA 模型拟合到时间序列的方法。现在,如果我想将 ARIMA 模型拟合到时间序列中,我将打开 SAS,调用proc ARIMA,提供参数,SAS 会给我 AR 和 MA 系数。现在,我可以尝试的不同组合, SAS 在每种情况下都会给我一组系数。我选择具有最低 Akaike 信息标准的集合。p,d,qp,d,q

我的问题是:在上述过程中,我在哪里使用了 Box-Jenkins?我应该使用 Box-Jenkins 来得出的初步估计吗?还是 SAS 在内部以某种方式使用它?p,d,q

2个回答

Box-Jenkins 方法是一种可用于构建 ARIMA 模型的策略或程序。该方法在George EP Box 和 Gwilym M. Jenkins 所著的《时间序列分析:预测和控制》一书中进行了概述,该书最初于 1970 年出版 - 存在更新的版本。

通过打开 SAS,调用 proc ARIMA,并提供 p、d 和 q 的数字,您只是估计了一个 ARIMA 模型。盲目地这样做,即不使用任何特定的公认方法来识别 ARIMA 模型本身,有点像玩火柴——软件的危险!

如果您不断重复此过程 - 估计大量的 ARIMA 模型 - 您最终将能够选择具有最低 Akaike 信息标准的模型(从您估计的模型集中)。在这种情况下,更系统的方法是使用基于比较各种不同模型的 AIC 值的算法来自动为您选择 ARIMA 模型,例如 R 中的预测包提供的模型 - 相关函数名称是auto.arima()

无论如何,您概述的过程涉及基于最小化某些信息标准(在本例中为 AIC,但还有其他措施)来选择 ARIMA 模型。这是一种特殊的方法,但它不是 Box-Jenkins 方法;替代。

Box-Jenkins 方法包括五个阶段(尽管有时据说只涉及三个阶段):

  1. 检查平稳性或非平稳性并在必要时转换数据;
  2. 确定合适的 ARMA 模型;
  3. 估计所选模型的参数;
  4. 模型充分性的诊断检查;
  5. 预测,或重复步骤二到五。

值得注意的是,这是一个迭代过程,需要模型构建者进行一些判断——这是该方法被认为是缺点的一个方面。判断部分尤其在解释两种工具时发挥作用;即(估计的)自相关函数(ACF)和偏自相关函数(PACF)。

如果您想成为 Box-Jenkins 方法的实践者,我建议您参考原始文本(您会惊讶于现代教科书省略了什么!)以及您可以找到的任何现代变体。Alan Pankratz 有几本优秀的教科书,我也强烈推荐;例如,使用单变量 Box-Jenkins 模型进行预测:概念和案例

经验告诉我,术语“Box-Jenkins 方法”的使用方式很松散,因为我听说有些人用它来简单地指代一般的 ARIMA 模型构建 - 而不是构建 ARIMA 模型所涉及的实际过程- 而其他人则使用它来指代 1970 年发布的内容的修改版本。正如@Glen_b 所指出的,“如今有许多文件描述了 Box-Jenkins 方法,其中包括使用 AIC 或类似数量” .

问:您是否应该使用 Box-Jenkins 方法来得出 p、d、q 的初始估计值?

如前所述,有不同的模型选择策略,因此答案是否定的,您不一定需要使用 Box-Jenkins 方法,但如果您愿意,可以。

问:SAS 是否以某种方式在内部使用它?

除非该软件提供相当复杂的功能,否则极不可能!请查阅官方 SAS 文档,了解该软件的功能或功能的详细信息。如果是 R,您可以查看源代码,但我怀疑这是 SAS 的一个选项。

Box 和 Jenkins 自己没有使用 AIC。他们的书是在 1970 年基于之前开发的方法出版的,而 Akaike 关于 AIC 的论文是在该书出版后(不久)出版的。

他们的方法论在他们的书 [1] 中进行了概述,但今天“Box-Jenkins”所涵盖的内容更广泛,并且因人而异。

Box 和 Jenkins 自己给出了一个关于模型识别的简单流程图,这可能被视为对他们用于识别模型的过程的有用总结。(如果可以的话,我建议你看看这本书——大多数体面的大学图书馆都应该有一本。)

他们结合了模型识别、估计和诊断检查/验证的阶段(包括如果模型不充分则返回第一阶段),然后一旦确定了适当的模型,就可以预测模型。

此处的维基百科页面概述了所涉及的内容,但它包含了许多内容,这些内容已添加到自本书出版以来人们倾向于这样做的内容中。事实上,如今许多描述 Box-Jenkins 方法的文件都包括使用 AIC 或类似数量。

另请参阅此处的讨论

最近的书籍(例如,参见上面的维基百科页面)给出了一般方法的更“现代”版本。

最后,如果你想知道 Box-Jenkins 方法真正“是”什么,我会说“从他们的书开始”。如果做不到这一点,最近对 ARIMA 模型的一些处理涵盖了大致相似的方法——尝试任何数量相当不错的涵盖 ARIMA 模型的时间序列书籍。

[1]:盒子,乔治;Jenkins, Gwilym (1970),
时间序列分析:预测和控制
旧金山:Holden-Day