AR、MA、ARMA 的平稳过程

机器算法验证 时间序列 有马 模型 平稳性
2022-04-15 22:10:19

根据参数,AR、MA 和 ARMA 可以是固定的或非固定的。例如对于 AR(1) 过程,如果,则该过程是静止的,否则它是非静止的。但是,为什么我们主要局限于 AR、MA 和 ARMA 理论中的平稳过程?|ϕ|<1

我知道 ARIMA 可用于非平稳过程,方法是对过程进行微分,直到它相当平稳,但是否可以直接适合我们的非平稳时间序列非平稳 AR、MA 或 ARMA 模型?

根据我的理解,如果过程不是静止的,我们将很难估计过程的均值、方差和自相关,因为它们会在每个时间步发生变化。这与过程是静止的情况形成对比,这意味着对相同数量的数据进行估计的参数更加简约。因此,如果我们估计一个非平稳模型,与平稳情况相比,质量将非常差。

为什么我们只考虑 AR、MA 和 ARMA 模型的平稳过程,还有其他原因吗?

3个回答

简短的答案:

  • 我们将自己限制在静止区域,因为在非静止 ARMA 过程中会变得爆炸性(也就是说,它们会趋于无穷大)
  • 可以将非平稳模型拟合到时间序列,但这不是 ARMA 模型(但它可能属于 ARMA 模型系列)
  • 非平稳时间序列需要至少是局部平稳的才能建模。如果不是,我们在每个时间点都没有足够的观察结果来做出合理的估计。但是,如果我们有一个很好的“sceleton”(例如,参见 Tong,H.,非线性时间序列),我们可能能够从数据中提取非平稳/非线性动态,并留下一个平稳的过程来玩。

直觉

对于 AR,这取决于您要使用该模型的目的,请参阅下面的详细信息。

估计 ARMA 的 MA 部分没有意义。请记住,如果序列遵循单位根,那么每次冲击都会永远持续下去。换句话说,今天或一百年前的一个错误对这个系列有同样的影响。由于您无法真正估计 MA(),因此最好忽略 MA。

细节

让我们专注于 AR(1) 模型以获得直觉。假设数据是I(1)(即非平稳)。如果你估计一个 AR(1) 会发生什么?模型会好吗?

要回答这些问题,您必须知道要使用该模型做什么。通常,在时间序列中,您使用模型进行预测或推理。

预测

是的,我们可以使用模型。我们仍然有一致的系数估计,即系数大约为 1。只要系数好,我们的预测就很好。警告的话,这个过程是爆炸性的。通过估计预测间隔可以最好地看到这一点。PI 不会具有通常的横向抛物线形状,而是具有横向绝对值形状

推理

一般不可以,不能使用模型。在单位根的存在中推导系数估计的方差是很棘手的。然而,直观地说,非平稳过程没有恢复其均值的趋势,这意味着方差无穷大。换句话说,随着观察次数的增加,方差会增加到无穷大,这是一个不好的渐近结果。此外,在无限方差的情况下,我们根本无法拒绝任何零假设。

马呢?

让我们看一下单位根的 MA 表示。我们知道一个简单的 AR(1),可以写成 MA( ),时,我们没问题,冲击的影响最终会消失。即使也很小。但是,当时,问题就大了!具体来说,冲击永远不会消失。换句话说,今天或一百年前的冲击会对系列产生相同的影响,例如这使得单位根过程的 MA 表示难以处理。yt=βyt1+utyt=j=0βjutjβ<1β=.9.930β=1130=1

我认为甚至很难估计具有非平稳性的 ARIMA 模型,因为当存在非平稳性时,PACF 和 ACF 等工具看起来会有所不同。至少考虑到用于识别这些的经典演示文稿,知道什么是正确的顺序、AR 和 MA 水平是很困难的。