平稳时间序列模型的性质概述1课件.ppt
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- 平稳 时间 序列 模型 性质 概述 课件
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1、第四章 时间序列模型的性质12022-7-21第一节 自回归过程的性质v一、一阶自回归过程AR(1)的性质v二、二阶自回归过程AR(2)的性质v三、p阶自回归过程AR(p)的性质第四章 时间序列模型的性质22022-7-21一、一阶自回归过程AR(1)的性质v一阶自回归模型的形式为:tttxx11或ttxB11第四章 时间序列模型的性质32022-7-211、平稳性和可逆性a.可逆性:一个有限阶的自回归模型总是可逆的,所以,ar(1)模型总是可逆的。B.平稳性:为满足平稳性,的根必须在单位圆外,即应有:011B11第四章 时间序列模型的性质42022-7-212.ar(1)过程的自相关函数kk
2、kktkttkttktkaatttttkxExxExxExxExEAR10111121202021211212120:)1()()()(1)2()(:)1(解此差分方程有所以所以下过程的自协方差函数如第四章 时间序列模型的性质52022-7-211,0)1(:010有时当因此它的自相关函数为kkkkk第四章 时间序列模型的性质62022-7-212121261412111224121212221111221112122614121224121212222111201)1()()()(1)1()()()(:akakkktktktktktktktktttkttkaatttttttEExxEEExE
3、方法证明上述结论还可通过如下第四章 时间序列模型的性质72022-7-211010且于是有kkk第四章 时间序列模型的性质82022-7-21通过上述推导可看出,当过程平稳即通过上述推导可看出,当过程平稳即 时,时,AR(1)过程的自相关函数(过程的自相关函数(ACF)呈)呈指数衰减。指数衰减。如果如果 ,那么所有的自相关系数都为正,那么所有的自相关系数都为正,并逐渐衰减。并逐渐衰减。如果如果 ,自相关系数的符号以负号开始,自相关系数的符号以负号开始,并呈正、负交替逐渐衰减。并呈正、负交替逐渐衰减。01111101第四章 时间序列模型的性质92022-7-21例例1,下面两图表分别是模拟生成的
4、,下面两图表分别是模拟生成的249个数据个数据如下如下AR(1)过程趋势图和自相关图过程趋势图和自相关图白噪声为正态其中或)1,0(,85.085.0)85.01(11NaxxxBtttttt第四章 时间序列模型的性质102022-7-21-6-4-202482848688909294969800例例1,模拟生成的,模拟生成的AR(1)过程趋势图过程趋势图第四章 时间序列模型的性质112022-7-21例1:模拟生成的AR(1)过程自相关图:85.085.0)85.01(11其中或tttttxxxB呈指数衰减第四章 时间序列模型的性质122022-7-21例例2,下面两图表分别是模拟生成的,下
5、面两图表分别是模拟生成的249个数据个数据如下如下AR(1)过程趋势图和自相关图过程趋势图和自相关图白噪声为正态其中或)1,0(,85.0)85.0()85.01(11NxxxBtttttt第四章 时间序列模型的性质132022-7-21-6-4-2024682848688909294969800Y例例2,模拟生成的,模拟生成的AR(1)过程趋势图过程趋势图第四章 时间序列模型的性质142022-7-21例2:模拟生成的AR(1)过程自相关图:85.0)85.0()85.01(11其中或tttttxxxB呈正负交替指数衰减第四章 时间序列模型的性质152022-7-213.AR(1)过程的偏自
6、相关函数(PACF)A.偏自相关函数的一般公式.)1(0),cov(,:,0)(.,112211121121间的偏自相关系数和也就是上式中的且为正态误差项个回归系数为第上式中则有间存在线性关系与且假设来表示它一般用的相关性之间和的影响之后之间的随机变量和偏自相关函数指剔除掉在第二章我们已经知道kttkkjtttkitktkkktkktktktktktttttkkkttktttkttxxjxeeiexxxxxxxxxxxExxxxxxx第四章 时间序列模型的性质162022-7-21kjkkjkjkjkjkkjkjkjjtktkkjttkjttkjttjtxxExxExxExxEjx221122
7、112211:)()()()(,)1(:所以于是有并求期望得乘上式两端将式可推导如下偏自相关函数的一般公第四章 时间序列模型的性质172022-7-21即为偏自相关函数方程此方程称为我们有如下方程组对于kkkkkkkkkkkkkkkkkkkWolYulekj,ker,2,102211202112112011第四章 时间序列模型的性质182022-7-2101210121031220111033112110110211022111111,2,1法则可得由对于Gramerkk第四章 时间序列模型的性质192022-7-21的一般公式上式即为偏自相关函数类推下去可得11111,13212311122
8、1132123111221kkkkkkkkkkkkkkk第四章 时间序列模型的性质202022-7-21B.AR(1)过程的偏自相关函数0011,0121012102112110101100121012103122011103311111010011021102211111公式得及偏自相关函数的一般由kk第四章 时间序列模型的性质212022-7-21)2(0:1111kkk于是有如下结论上述结论说明:上述结论说明:AR(1)过程的偏自相关函数过程的偏自相关函数(PACF)在滞后一阶有一峰值,其符号取在滞后一阶有一峰值,其符号取决于决于 。滞后一阶以后。滞后一阶以后PACF截尾。截尾。1第四章
9、 时间序列模型的性质222022-7-21另一种思路:v根据定义:偏自相关函数是指扣除Xt和Xt-k之间的随机变量Xt-1,Xt-2,Xt-k-1等影响之后的Xt和Xt-k之间的相关性。v对于p阶自回归过程,当sp时,xt与xt-s有直接的相关性;而sp时,两者没有直接的相关性。v因此,对于AR(p)过程,在模型的滞后阶数以内,通常有非零的偏自相关系数;但在滞后阶数以外,偏自相关系数则为零。第四章 时间序列模型的性质232022-7-21例1:模拟生成的AR(1)过程自相关图:85.085.0)85.01(11其中或tttttxxxB滞后一阶以后截尾第四章 时间序列模型的性质242022-7-
10、2185.0)85.0()85.01(11其中或tttttxxxB例2:模拟生成的AR(1)过程自相关图:滞后一阶以后截尾第四章 时间序列模型的性质252022-7-214.AR(1)过程的传递形式和格林函数第四章 时间序列模型的性质262022-7-21二、二阶自回归AR(2)过程的性质二阶自回归模型的形式为:ttttxxx2111或ttxBB2211第四章 时间序列模型的性质272022-7-21B.平稳性:为满足平稳性,的根必须在单位圆外.1、平稳性和可逆性A.可逆性:ar(2)模型总是可逆的。01221BB第四章 时间序列模型的性质282022-7-212.AR(2)过程的自相关函数)
11、1(,)1()()()()()2(221122112211kkxExxExxExxEARkkkkkktkttkttkttktk自相关函数为因而所以下过程的自协方差求得如第四章 时间序列模型的性质292022-7-21呈混合指数衰减的显然此时可由如下初始条件求出其中常数于是解之得特征根为异实根即上述特征方程有两相如果程为上述差分方程的特征方ACFARbbbbkkk)2(,)24()24(24,04)1(02112121121221122211122112,1221212第四章 时间序列模型的性质302022-7-21呈指数衰减的显然此时可由如下初始条件求出其中常数于是解之得特征征根为实根即上述特
12、征方程有两重如果ACFARbbkbbkk)2(,)2)(2,04)2(211212112112112,1221第四章 时间序列模型的性质312022-7-21呈阻尼正弦波衰减的显然此时可由如下初始条件求出常数为复角为复根的模其中于是解之得特征根为共轭复根即上述特征方程有一对如果ACFARbbrtrbtrbiidckkk)2(,coscos2)4(,04)3(211212112122122112,1221第四章 时间序列模型的性质322022-7-21通过上述推导可以如下结论,通过上述推导可以如下结论,在AR(2)过程的平稳性条件满足时,如果特征方程的根为实根,即 时,AR(2)的自相关函数呈指
13、数衰减。如果特征方程的根为复根,即 时,AR(2)的自相关函数呈阻尼正弦波衰减。0422104221第四章 时间序列模型的性质332022-7-213.AR(2)过程的偏自相关函数21212011021102221111221111,)2(公式得由偏自相关函数的一般因为过程对于kkkAR第四章 时间序列模型的性质342022-7-21001210121012211202110112011001210121031220111033第四章 时间序列模型的性质352022-7-21另一种思路:直接根据定义第四章 时间序列模型的性质362022-7-21通过上述证明可以得出如下结论:通过上述证明可以得
14、出如下结论:.)2(,0,3,)2(过程是滞后二阶截尾的因此时当过程对于ARkARkk第四章 时间序列模型的性质372022-7-21例例1,下面两图表分别是模拟生成的,下面两图表分别是模拟生成的250个数据个数据如下如下AR(2)过程趋势图和自相关图过程趋势图和自相关图白噪声为正态其中或)1,0(,5.0,3.05.03.0)5.03.01(21212NaxxxxBBttttttt第四章 时间序列模型的性质382022-7-21-4-202482848688909294969800例例1.模拟生成的模拟生成的AR(2)过程趋势图过程趋势图第四章 时间序列模型的性质392022-7-21例例1
15、.模拟生成的模拟生成的AR(2)过程自相关图过程自相关图05.003.021呈混合指数衰滞后二阶以后截尾第四章 时间序列模型的性质402022-7-21例例2,下面两图表分别是模拟生成的,下面两图表分别是模拟生成的250个数据个数据如下如下AR(2)过程趋势图和自相关图过程趋势图和自相关图白噪声为正态其中或)1,0(,3.0,5.03.05.0)3.05.01(21212NxxxxBBttttttt第四章 时间序列模型的性质412022-7-21-6-4-2024682848688909294969800例例2.模拟生成的模拟生成的AR(2)过程趋势图过程趋势图第四章 时间序列模型的性质422
16、022-7-21例例2.模拟生成的模拟生成的AR(2)过程自相关图过程自相关图03.005.021呈混合指数衰减滞后二阶以后截尾第四章 时间序列模型的性质432022-7-21例例3,下面两图表分别是模拟生成的,下面两图表分别是模拟生成的250个数据个数据如下如下AR(2)过程趋势图和自相关图过程趋势图和自相关图白噪声为正态其中或)1,0(5.0,15.0)5.01(21212NxxxxBBttttttt第四章 时间序列模型的性质442022-7-21-4-202482848688909294969800模拟生成的模拟生成的AR(2)过程趋势图过程趋势图第四章 时间序列模型的性质452022-
17、7-21模拟生成的模拟生成的AR(2)过程自相关图过程自相关图05.00121呈阻尼正弦波衰减滞后二阶以后截尾第四章 时间序列模型的性质462022-7-214.AR(2)过程的传递形式和格林函数v(1)传递形式v(2)格林函数第四章 时间序列模型的性质472022-7-21三、p阶自回归过程AR(p)的性质二阶自回归模型的形式为:tptptttxxxx2111或ttppxBBB2211第四章 时间序列模型的性质482022-7-21B.平稳性:为满足平稳性,的根必须在单位圆外.1、平稳性和可逆性A.可逆性:ar(p)模型总是可逆的。01)(221ppBBBB第四章 时间序列模型的性质4920
18、22-7-21对于高阶的自回归过程,其平稳性条件用其模型参数表示虽比较复杂,但都有最基本的一点:121q这是自回归过程平稳的必要条件之一。第四章 时间序列模型的性质502022-7-212.AR(p)的自相关函数ACF方程上式即为关系自相关函数有如下递推因而时当其中所以下过程的自协方差求得如ker)1(,0)(,0,)1()()()()()()(221122112211WolYulekxEkkxxExxExxExxExxEpARpkpkkkkttpkpkkktktptktptkttkttktk第四章 时间序列模型的性质512022-7-21.0),(:,.,2211212211的解是其中特征根
19、它的解的形式为况下在具有相异根的情阶差分方程一个其实也就是的递推公式上式关于pppppjppjjjkgggp第四章 时间序列模型的性质522022-7-21通过上述推导有如下结论:通过上述推导有如下结论:对于平稳过程,有对于平稳过程,有|i|p时,上式分母行列式最后列是同一矩阵前面各列的线性组合。于是当kp时,有kk=0。第四章 时间序列模型的性质552022-7-214.AR(p)模型的传递形式和格林函数v(1)传递形式v(2)格林函数第四章 时间序列模型的性质562022-7-21例:考察如下AR模型的自相关和偏自相关ttttttttttttttxxxxxxxxxx2121115.0)4(
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