自回归积分滑动平均(Autoregressive Integrated Moving Average Model,ARIMA)模型

ARIMA模型用于处理非平稳序列,通过差分转换成平稳序列。单位根检验如ADF是确定差分次数的关键,接着根据ACF和PACF选择p和q,建立ARIMA(p,d,q)模型进行预测。建模步骤包括数据预处理、模型确定和检验。" 46581577,3897939,ARIMA模型在R中进行时间序列预测,"['时间序列分析', 'ARIMA', 'R编程']

ARMA模型研究的对象为平稳序列。如果序列是非平稳的,就可以考虑使用ARIMA模型。

ARIMA比ARMA仅多了个"I",代表着其比ARMA多一层内涵:也就是差分

一个非平稳序列经过d次差分后,可以转化为平稳时间序列。d具体的取值,我们得分被对差分1次后的序列进行平稳性检验,若果是非平稳的,则继续差分。直到d次后检验为平稳序列。

单位根检验

ADF是一种常用的单位根检验方法,它的原假设为序列具有单位根,即非平稳,对于一个平稳的时序数据,就需要在给定的置信水平上显著,拒绝原假设。

可以通过Python提供的库函数来进行ADF单位根检验来确定需要差分的次数,即确定d的取值

ARIMA(p,d,q)模型阶次确定

确定了差分次数d,接下来,我们就可以将差分后的序列建立ARMA模型。

首先,我们还是尝试PACF和ACF或者AIC准则来判断p、q。

ARIMA模型建立及预测

通过上节确定的p、d、q的值,建立ARIMA(p,d,q)模型,并将模型代入原数据进行预测。

总结

ARIMA建模的步骤:
(1). 获取被观测系统时间序列数据;
(2). 对数据绘图,观测是否为平稳时间序列;对于非平稳时间序列要先进行d阶差分运算,化为平稳时间序列;
(3). 经过第二步处理,已经得到平稳时间序列。要对平稳时间序列分别求得其自相关系数ACF 和偏自相关系数PACF,通过对自相关图和偏自相关图的分析,得到最佳的阶层 p 和阶数 q
(4). 由以上得到的d、q、p,得到ARIMA模型。然后开始对得到的模型进行模型检验。

参考:
https://uqer.io/v3/community/share/57988677228e5ba28e05faff
http://www.cnblogs.com/bradleon/p/6832867.html
http://mropengate.blogspot.com/2015/11/time-series-analysis-ar-ma-arma-arima.html

### VARIMA模型概述 向量自回归积分滑动平均模型(Vector Autoregressive Integrated Moving Average, VARIMA)是一种扩展的ARIMA模型,适用于多变量时间序列数据。VARIMA不仅考虑单个时间序列自身的滞后项,还考虑到其他相关时间序列的影响。 在传统ARIMA基础上引入多个相互关联的时间序列作为输入,使得VARIMA能够捕捉不同序列之间的动态关系和交互效应[^1]。 ### 模型结构与组成 #### 自回归部分 (VAR) VAR成分描述当前时刻各个变量如何由其过去值以及其它变量的历史值共同决定: \[ y_t = c + \sum_{i=1}^{p}\Phi_iy_{t-i}+\epsilon_t \] 其中 \( p \) 表示最大滞后期数;\( \Phi_i \) 是系数矩阵;\( c \) 为常数向量;\( \epsilon_t \sim N(0,\Sigma_\epsilon )\) 表示白噪声过程。 #### 积分部分 (I) 对于存在单位根即非平稳特性的原始数据,在建立VAR之前通常需要对其进行差分操作直至达到稳定状态。这一步骤被称为“积分”,记作 I(d),d表示所需的一阶或更高阶差异次数来消除趋势并实现均值回复特性[^2]。 #### 滑动平均部分 (VMA) VMA组件反映了随机扰动对未来各期影响的程度: \[ z_t=\theta_0\mu+\sum _{j=1}^q{\Theta_jz}_{t-j}+a_t-\sum _{k=1}^r{\Psi_k}{a}_{t-k}, \quad t=1,...,T \] 这里 q 和 r 分别代表 VMA 的阶数;而 Θ 和 Ψ 则分别对应于 MA 参数矩阵和误差修正机制下的权重因子集合[^3]。 ### 应用场景实例 假设有一个宏观经济数据库包含GDP增长率、失业率等多个经济指标随时间变化的数据集。通过构建VARIMA模型可以同时研究这些因素间复杂的因果联系,并据此做出短期至中期范围内的精准预估。此外,在金融领域内也广泛应用此技术来进行资产价格波动模式识别及风险管理等方面的工作。 ```python import statsmodels.api as sm from statsmodels.tsa.statespace.varmax import VARMAX # 假设data是一个DataFrame对象,包含了多个时间序列列 model = VARMAX(data[['gdp_growth', 'unemployment_rate']], order=(1, 1)) results = model.fit() print(results.summary()) ```
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