高考考试网
当前位置: 首页 高考资讯

时间序列分析的中心思想(时间序列该如何权衡)

时间:2023-08-18 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 高考资讯

时间序列该如何权衡许多预测模型都要求时间序列具有一定的一致性,即“平稳性”平常的转换,即整数阶差分(譬如,在金融学中表现为建模收益而不是绝对价格),消除了数据中的记忆,从而影响了建模的预测能力本文概述了分数微积分如何保。

许多预测模型都要求时间序列具有一定的一致性,即“平稳性”。平常的转换,即整数阶差分(譬如,在金融学中表现为建模收益而不是绝对价格),消除了数据中的记忆,从而影响了建模的预测能力。

本文概述了分数微积分如何保留更多的信息,以及如何更好地在平稳性和有意义的记忆之间做出权衡。

一般而言,我们会把一个给定的时间序列理解为一个随机过程产生的样本,并试图推断出其分布及统计数据以建立一个预测模型。

建立随机过程的预测模型是为了平衡样本的特殊性和一般性:该模型根据一般模式的背景对给定的序列做出解释。

比一般预测回归更具体的是,由于时间结构的原因,时间序列一般具有其固有顺序。任何给定的实例都反映了其发展变化情况,即过去跟踪记录的特定记忆。

平稳性

为了确定生成过程的一般模式并映射给定的排列,在实际建模之前我们通常将此特定序列的记忆作为预处理步骤的一部分予以删除。

在机器学习领域的监督学习中,该序列可以发现一般性结构并对给定的实例与标记训练集中更多的样本进行匹配。

在数学领域,过程的统计特性(即序列集,如平均值、方差和协方差)不会因时间顺序的改变而变化,这意味着系列不会随时间推移而呈现出一种趋势。该概念被称为平稳性。

检查时间序列平稳性的方法有很多种:

  1. 观察线形图,寻找一段时间内的明显的趋势。
  2. 比较数列中各种(随机)分割的基本汇总统计数据(平均值、方差、协方差)。
  3. 观察自相关图:曲线下降越快,滞后越明显,序列的非平稳性阶数越小。
  4. 最常见的平稳性统计检验是单位根的ADF检验。

单位根是指初始条件或外部冲击不会随着时间的推移而消散,而是通过该序列传播,并通知所有后续值。该含义从直观上正式地解决了在单位圆上的过程特征方程。

对于给定的置信水平,ADF测试零假设“序列中存在单位根”(表明时间序列的不稳定性)以及序列稳定性的替代(或严格地说,趋势平稳性)。它直接证明了,单位根的存在确实意味着该序列的不稳定。

所以方差具有时间依赖性。

由于许多经典模型的必要假设是时间序列的平稳性:当你的数据有明显的趋势或季节性时, 你可将其删除并对其余部分进行建模,然后结合(确定性)趋势和模型输出以进行预测。

常用的序列平稳性转化与某些顺序不同:一阶差分是简单地从每个值减去前值(提取速率)。二阶差分会重复此过程以提高结果级数。譬如,在金融时间序列中,你会考虑对数收益而不是绝对价格,以使模型无法得知特定的价格水平。(事实上,对于大多数财务序列来说,一阶差分足以确保其不稳定性。)

在基于自相关函数的ARIMA(p,d,q)中, 差分实际上是算法的一部分: 参数p、d和q是非负整数, 其中p为自回归项(即时滞数),d为差分阶数,q为移动平均项数。

该过程“动了场手术”,消除了序列中的单位根。

然而,另一方面,它抹去了记忆,而记忆正是模型预测能力的基础:差分限制了过去的信息在整个序列中传播的方式。

例如,对于金融序列,我们处于一个两难境地——没有记忆的平稳收益序列(一阶差分)和有记忆但不平稳的绝对价格序列(零阶差分)。

但也许根本没必要作出此两级划分? 如果我们能在这两个极端之间进行插值呢?

这将导致一个悖论,但总有一天会得出有用的结论。 ——莱布尼茨,1695分数阶微积分

事实上,在17世纪牛顿和莱布尼茨发明微积分后不久,数学家们就对分数阶导数的使用进行了探索,将微分或积分的顺序从自然数扩展到实数。然而,其应采纳赫斯特和曼德尔布罗特在20世纪的成果,为分数微积分找到初期的自然应用,并使其与霍斯金和格兰杰于20世纪80年代创建的Arfima模型一同进入金融领域。

大约在1730年,欧拉就该归纳给出有史以来第一个启发式,通过函数将二项式系数推广到实数阶。后来,在黎曼和刘维尔的积分理论中,重复微分的柯西公式使之变得更加严谨。

这里,我们仅仅给出了时间序列差分应用程序的形式启发式:

B表示滞后操作符,即对于t>1, B X_t=X_{t-1}和某个时间序列X={X_1,...}。一阶元素阶差分可以用恒等算子I表示,如下:

该算子的多项式可以理解为重复应用,如B X_{t}=X_{t-2}。我们可以用二项式系数展开该序列:

差分算子的形式幂级数展开。

虽然 d ∈ ℜ的要求可能会变得更严格,但在这里,由于我们只需在以下应用中使用该展开式的截断版本,所以实际上,我们无需担心该形式推导的收敛性。

从该推导中,我们可以得出滞后权重的迭代公式:

其中ω_k是滞后算子B ^ k的系数。例如,其收益为 ω_0 = 1,ω_1 = 1和ω_k = 0 k > 1(一阶差分)。

让我们看看不同阶差的系数(代码如下)。

我们注意到分数差分的两个重要特点:

· 滞后权重等于零的整数维d∈与d<k: 这意味着我们可对整数阶进行一般的推导。

· 对于实阶d和大阶滞回,滞回权值渐近变小。这种现象被称为“长记忆”(或者微积分中的“非局部性”),通常需要边界条件。这里,我们只选择去掉超出特定窗口大小的(小)权重。

金融时间序列建模的应用

在金融领域,时间序列起主导作用。为了更好地理解分数阶差分的特征,我们将其应用于一些典型的金融时间序列。

利用以下代码,将差分算子的上述形式序列的展开式应用到指定实阶d和固定窗口大小的时间序列上,得到变换后的序列,然后只需将一个pandas时间序列输入参数阶和lag_cutoff的ts_difference函数中即可。

2016-2018年比特币的价格(红色,右轴),以及部分衍生品(蓝色阴影)

正如你可能已注意到的,比特币的价格在2017年和2018年经历了一次明显的炒作(上图红色曲线)。实际上,看看一阶差分,我们发现价格在某些日期(例如12月17日)上涨了2500美元以上。上图展示了一些分数阶差分的平滑函数插值。这似乎很奇怪,在如此强劲的趋势下,约0.4的弱差分实际上竟足以使该序列呈平稳型:给定样本的ADF统计量为-5,其已低于DF t-分布的临界值-2.86, 因此在置信度为95%下,该序列可以假定是平稳的。的确,随着财富的来回变动,它很快就变得吝啬起来。

低阶差分足以满足平稳性的结论与其他许多金融时间序列相似。

为了说明平稳性和记忆之间的权衡,我们可以进行适当的可视化,并将ADF测试统计数据以及与原始序列的相关性绘制成具有不同阶差变换的序列。(值得注意的是,ADF检验统计量越低,表明检验的备选方案的可能性越高,即越是负值,我们越有可能拒绝零假设并假设其为平稳性)。

对于(滚动)商品期货、汇率、指数等各种典型的金融序列,这种对比清晰地表明了(低)差阶满足金融建模的平稳性条件,同时保留了特定的记忆结构,从而保持了原始序列的统计动态。

ADF检验统计量(左轴,红色曲线)和线性相关(右轴,矢状花蓝色曲线)与原序列进行各种分数阶差分,应用于各种金融时间序列。石板灰中的常数线表示ADF检验的显著性水平为95%。

,
    推荐阅读
  • 萝卜缨做馅的方法(怎么用萝卜缨做蒸饺)

    萝卜缨做馅的方法食材:萝卜叶、豆腐泡80克、玉米面200克、白面粉80克、葱适量、姜少许、食用油适量、盐适量、味精少许、十三香少许、白胡椒粉少许。豆腐泡一个切成4块,葱、姜切末,把这些食材放在一起,再加入适量的食用油,盐,味精、十三香、白胡椒粉调味,不需要太复杂的佐料。

  • 论语小人之过(论语礼多人不怪)

    论语礼多人不怪《论语卫灵公》8​子曰:“可与言而不与之言,失人;不可与言而与之言,失言子曰:“可与言而不与之言,失人;不可与言而与之言,失言知者不失人亦不失言”  孔子说:“可以同他交谈却没有谈,这就是错失了人才;。

  • 早餐吃水煮蛋能减肥吗(减肥早餐可以吃水煮蛋吗)

    不过前提是你早前只吃水煮蛋,如果你吃了水煮蛋之后还吃了很多高脂肪高热量的食物的话那肯定是不能减肥的。其中的蛋白质和脂肪能为你持续平稳提供能量,让你肚子饱的时间更长。它们同时有助于减少患老年白内障的风险。

  • 北京幼儿园学费最贵(真土豪一天学费近千元)

    北京顺义国际学校学费:20万/年学校严格规定“学生本人必须持外籍护照,父母的一方也必须是持外籍护照”。北京BISS国际学校学费:30万/年北京BISS国际学校提供从幼儿园、小学至中学十二年级的IB课程。一般学生毕业后前往澳大利亚、加拿大、英国、美国、新西兰等世界各国继续深造,90%以上获得了学士或学士以上学位,70%以上移居了海外。

  • 女孩六次跨洋寻亲找到母亲了吗(寻亲41年终于找到)

    就在与弟弟相认后的第3天下午,电影《亲爱的》原型杜小华在自己的社交平台表示,经过努力,蔡右群的“妹妹”也找到了。她表示,关于姐姐的消息,也是警方联系通知她的,姐姐也在福建。蔡右群透露,现在姐弟三人在一起。蔡右群已将自己的抖音号改为“蔡右军蔡右红全部找到”。蔡右群说,后续,他们计划一起到父亲坟前,将三姐弟团圆的消息告慰父亲在天之灵。

  • 货运车辆停运损失计算依据 营运货车停运损失计算

    对人身损害规定比较齐全,但是对车辆停运损失规定比较含糊。生产经营损失,一般根据正常生产经营情况下平均实际收入和停产、停业期间的实际收入进行计算。成本是由可变成本和不变成本组成。车辆停运损失费,是指营运车辆在道路交通事故中发生车辆的损害,被损车辆在修复期间,受害人因无法进行正常的货物运输或者旅客运输经营而造成经济收人的减少,或日停运损失,由相关事故责任人对该损失进行的赔偿。

  • 投资市场操作策略(投资策略深度报告)

    指企业、事业单位建造、购置固定资产时实际发生的全部费用支出,包括建造费、买价、运杂费、安装费等。最终我们选择中位数口径的固定资产原值变化率来表示。为了从下行的趋势中更好地剥离出周期规律,我们滤波得到Capex同比和固定资产原值同比的周期项,与宏观角度工业产能利用率的趋势、折点基本是一致的。

  • 高压锅压红烧肉多长时间(高压锅压红烧肉多长时间要大火吗)

    2、因为如果时间太短的话,红烧肉没有软,而且不是很入味,但是如果压制的时间太长的话,那么红烧肉的嚼劲就会失去,太烂不好吃,口感就没有那么好了,所以把时间控制在15分钟左右即可。

  • 切芒果的方法窍门(切割成网状的好方法)

    接下来我们就一起去了解一下吧!切芒果的方法窍门切芒果的方法窍门:以果核为中心,左右各切一刀,将芒果分为三份。取出左右两片,切成网格状。沿果肉划开果皮,翻出花状更好切,沿果皮将果肉划下。最后将果核周围的果肉切下来即可。

  • 江南百景图魏九天怎么用(魏九天用法攻略)

    江南百景图魏九天怎么用?江南百景图魏九天怎么用拿好我们的魏九天点开营造--居住--家具铺,三十秒快速获得建筑的同时魏贪官还顺手上交300铜钱,以及69经验。需要耗费150食物和60木板,以六个四级仓库为前提。一次性最多获得24个建筑,7200铜钱,1656经验。