12、时间序列分析与预测:ARIMA模型详解

时间序列分析与预测:ARIMA模型详解

1. ARIMA模型基础

ARIMA(Autoregressive Integrated Moving Average)模型是一类用于分析和预测时间序列数据的统计模型。它通过描述数据中的自相关性来实现这一目标,是简单ARMA模型的扩展。其额外的积分组件旨在确保序列的平稳性,因为与指数平滑模型不同,ARIMA模型要求时间序列是平稳的。

ARIMA模型由以下几个部分组成:
- AR(自回归)模型 :利用观测值与其p个滞后值之间的关系。在金融领域,自回归模型试图解释动量和均值回归效应。
- I(积分) :指对原始时间序列进行差分(将当前时期的值减去上一时期的值),使其平稳。负责积分的参数是d(称为差分阶数),表示需要应用差分的次数。
- MA(移动平均)模型 :利用观测值与白噪声项(过去q个观测值中出现的冲击)之间的关系。在金融领域,移动平均模型试图解释影响观测时间序列的不可预测冲击(在残差中观察到),如自然灾害、与特定公司相关的突发新闻等。MA模型中的白噪声项是不可观测的,因此不能使用普通最小二乘法(OLS)来拟合ARIMA模型,而必须使用迭代估计方法,如最大似然估计(MLE)。

这些组件组合在一起,通常用ARIMA(p, d, q)表示。一般来说,应尽量使ARIMA参数的值尽可能小,以避免不必要的复杂性并防止过拟合训练数据。一个经验法则是保持d <= 2,而p和q不应高于5。此外,模型中很可能其中一个项(AR或MA)占主导地位,导致另一个参数的值相对较小。

2. ARIMA
【四轴飞行器】非线性三自由度四轴飞行器模拟器研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕非线性三自由度四轴飞行器的建模仿真展开,重点介绍了基于Matlab的飞行器动力学模型构建控制系统设计方法。通过对四轴飞行器非线性运动方程的推导,建立其在三维空间中的姿态位置动态模型,并采用数值仿真手段实现飞行器在复杂环境下的行为模拟。文中详细阐述了系统状态方程的构建、控制输入设计以及仿真参数设置,并结合具体代码实现展示了如何对飞行器进行稳定控制轨迹跟踪。此外,文章还提到了多种优化控制策略的应用背景,如模型预测控制、PID控制等,突出了Matlab工具在无人机系统仿真中的强大功能。; 适合人群:具备一定自动控制理论基础和Matlab编程能力的高校学生、科研人员及从事无人机系统开发的工程师;尤其适合从事飞行器建模、控制算法研究及相关领域研究的专业人士。; 使用场景及目标:①用于四轴飞行器非线性动力学建模的教学科研实践;②为无人机控制系统设计(如姿态控制、轨迹跟踪)提供仿真验证平台;③支持高级控制算法(如MPC、LQR、PID)的研究对比分析; 阅读建议:建议读者结合文中提到的Matlab代码仿真模型,动手实践飞行器建模控制流程,重点关注动力学方程的实现控制器参数调优,同时可拓展至多自由度或复杂环境下的飞行仿真研究。
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