Χρονοσειρές Μάθημα 3. Γραμμικές στάσιμες διαδικασίες. Γραμμική χρονοσειρά (στοχαστική διαδικασία) Z Z ~ WN(0, ) είναι στάσιμη. Θεωρούμε μ=0 E[ X ] 0

Transcript

1 Γραμμικές στάσιμες διαδικασίες Γραμμική χρονοσειρά (στοχαστική διαδικασία) ~ WN(, ) i i i E[ ] είναι στάσιμη? i () Θεωρούμε μ= i i i Χρονοσειρές Μάθημα 3 i Θεωρώντας τον τελεστή υστέρησης: ( B) ( B) ib i i Γραμμικό φίλτρο ( B) Αν για i< i Γραμμική χρονοσειρά ως i i i i i i i i ( B) ( B) κινούμενου μέσου MA( ) [moving average rocess] αυτοπαλινδρόμησης AR( ) [auoregressive rocess] είναι αντιστρέψιμη το τυχαίο στοιχείο μπορεί να εκφρασθεί ως προς την ( B) παρούσα και τις προηγούμενες ( B) παρατηρήσεις

2 Αυτοπαλινδρομούμενες διαδικασίες αυτοπαλινδρόμηση AR( ) i i i Περιορίζουμε την αυτοπαλινδρόμηση στους πιο πρόσφατους όρους ( B B B ) Συνθήκη στασιμότητας ~ WN(, ) ( B) Αυτοπαλινδρομούμενη διαδικασία τάξης, AR() i ( B) B B B ( B) B χαρακτηριστικό πολυώνυμο Ρίζες του ( ) να είναι έξω από το μοναδιαίο κύκλο ή Ρίζες του να είναι εντός του μοναδιαίου κύκλου i i

3 Αυτοπαλινδρομούμενη διαδικασία τάξης, AR() Διαδοχικές προς τα πίσω αντικαταστάσεις: 4 i i Var[ ] ( ) Αυτοσυσχέτιση? (υποθέτουμε στασιμότητα) i i i E[ ] E[ ] E[ ] ( ) ( ) E[ ] E[ ] E[ ] ( ) ( ) () Συνθήκη στασιμότητας: ~ WN(, ) () ().5.5 () ()

4 Αυτοπαλινδρομούμενη διαδικασία τάξης, AR() ~ WN(, ) Συνθήκη στασιμότητας Ρίζες του ( B) B B να είναι εκτός του μοναδιαίου κύκλου ή εναλλακτικά οι ρίζες του Ρίζες: B, 4 B, να είναι εντός του μοναδιαίου κύκλου? 3 Saionariy condiion for AR() real disinc roos comlex roos real single roo δύο πραγματικές ρίζες: 4 μία διπλή πραγματική ρίζα: συζυγείς μιγαδικές ρίζες: 4 Συζυγείς μιγαδικές ρίζες σε AR() ορίζουν ψευδο-περιοδικότητα στην αυτοσυσχέτιση

5 Αυτοπαλινδρομούμενη διαδικασία τάξης, AR() Αυτοσυσχέτιση? (υποθέτουμε στασιμότητα) E[ ] E[ ] E[ ] E[ ] () () () () E[ ] E[ ] E[ ] E[ ] () () () () Για υστέρηση τ: ( ) ( ) ( ) μπορεί να υπολογιστεί επαναληπτικά ( B B ) χαρακτηριστικό πολυώνυμο ( ) πραγματικές ρίζες: εκθετική πτώση μιγαδικές ρίζες: φθίνουσα ημιτονοειδή συνάρτηση διασπορά () ()

6 Αυτοσυσχέτιση.5 (α) λ =.8+.5i λ =.8-.5i () =.6 = (γ) λ =.8 λ =.8 () =.6 = (ε) λ =.8 λ =.95 () =.75 = (ζ) λ =-.8 λ =.95 () =.5 =.76 () () (β) λ =-.8+.5i λ =-.8-.5i (δ) λ =-.8 λ =-.8.5 () =-.6 = () =-.6 =-.64 () () () () (στ) λ =.8 λ =-.95 (η) λ =-.8 λ = () =-.5 =.76.5 () =-.75 =-.76 () ()

7 Συνθήκη στασιμότητας Αυτοπαλινδρομούμενη διαδικασία τάξης, AR() ( B B B ) ~ WN(, ) Ρίζες του ( B) B B B να είναι εκτός του μοναδιαίου κύκλου Αυτοσυσχέτιση? (υποθέτουμε στασιμότητα) Για υστέρηση τ: E[ ] E[ ] E[ ] E[ ] E[ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) B πραγματικές ρίζες: εκθετική πτώση μιγαδικές ρίζες: φθίνουσα ημιτονοειδή συνάρτηση 9 Συνθήκες στασιμότητας για τους συντελεστές φ, φ, φ 3, της διαδικασίας AR(3)

8 Αυτοπαλινδρομούμενη διαδικασία τάξης, AR() Εξισώσεις Yule-Walker 3 Διασπορά () () ( )

9 Εξισώσεις Yule-Walker k k k 3 Μερική αυτοσυσχέτιση k k k k k 3 k k 33 3 kk Για κάθε k υπολογίζουμε τον συντελεστή k kk k k3 k k k3 k k k k3 k k k k3 μερική αυτοσυσχέτιση για υστέρηση (τάξη) k Επαναληπτικός αλγόριθμος των Durbin-Levinson οι συντελεστές του AR(),,,, υπολογίζονται επαναληπτικά, όπου για κάθε τάξη k οι συντελεστές υπολογίζονται από τους συντελεστές τάξης k-

10 (,) (,) (,) (,) (,) (,) (,) (,) Μερική αυτοσυσχέτιση (α) λ =.8+.5i λ =.8-.5i (γ) λ =.8 λ =.8 (ε) λ =.8 λ =.95 (ζ) λ =-.8 λ =.95 () =.6 () =.6 () =.75 () =.5.5 = = = = (β) λ =-.8+.5i λ =-.8-.5i (δ) λ =-.8 λ =-.8 (στ) λ =.8 λ =-.95 (η) λ =-.8 λ = () =-.6 = () =-.6 = () =-.5 =.76.5 () =-.75 =

11 Διαδικασίες κινούμενου μέσου ii κινούμενου μέσου MA( ) i Περιορίζουμε του όρους του λευκού θορύβου στους q πιο πρόσφατους όρους ~ WN(, ) i i q q B B B ( B) ( q q ) Διαδικασία κινούμενου μέσου τάξης q, ΜΑ(q) ( ) B B B B χαρακτηριστικό πολυώνυμο ΜΑ(q) είναι στάσιμη? q q ΜΑ(q) είναι αντιστρέψιμη αν ( B) Συνθήκη αντιστρεψιμότητας Ρίζες του ( ) να είναι έξω από το μοναδιαίο κύκλο

12 Διαδικασία κινούμενου μέσου τάξης, MA() Συνθήκη αντιστρεψιμότητας: ~ WN(, )... ( )... () 3... ()? / Για κάποιο υπάρχουν δύο λύσεις για θ? και μόνο η μία θα πληρεί τη συνθήκη αντιστρεψιμότητας Παράδειγμα και / έχουν την ίδια αυτοσυσχέτιση Αν η ρίζα του B είναι έξω από το μοναδιαίο κύκλο η ρίζα του / B είναι μέσα στο μοναδιαίο κύκλο

13 Διαδικασία κινούμενου μέσου τάξης, MA() (,) (,) Μερική αυτοσυσχέτιση.8 () (), 4 () ,3 4 6 ( ), ( ), () () - ϕ ττ του ΜΑ() φθίνει όπως ρ τ του AR() () ρ τ του ΜΑ() φθίνει όπως ϕ ττ του AR() - αλλά για MA(), ρ τ και ϕ ττ είναι πάντα

14 Διαδικασία κινούμενου μέσου τάξης, MA() B ( ), ~ WN(, ) ( B) B B χαρακτηριστικό πολυώνυμο MA() είναι πάντα στάσιμη MA() είναι αντιστρέψιμη αν οι ρίζες του θ(β) είναι εκτός του μοναδιαίου κύκλου Διασπορά ( ) Αυτοσυσχέτιση ( ) Συνθήκες αντιστρεψιμότητας για τους συντελεστές θ, θ, καθώς και για τις αυτοσυσχετίσεις ρ, ρ, της διαδικασίας MA() Μερική αυτοσυσχέτιση, 3 ( ) 3,3 ( ),... πολύπλοκη έκφραση

15 λ =.8+.5i λ =.8-.5i Αυτοσυσχέτιση () =.6 =-.89. () (,) λ =-.8+.5i λ =-.8-.5i () =-.6 = () (,) λ =.8 λ = () (,) (,) λ =.8 λ =-.95 () =.75 = () =-.5 =.76. () Μερική αυτοσυσχέτιση () =.6 = () =-.6 = () =.75 = () =-.5 = ϕ ττ του ΜΑ() φθίνει όπως ρ τ του AR() - ρ τ του ΜΑ() φθίνει όπως ϕ ττ του AR() - αλλά για MA(), ρ τ και ϕ ττ είναι πάντα.5

16 Διαδικασία κινούμενου μέσου τάξης q, MA(q) ( B) q q ~ WN(, ) ( ) χαρακτηριστικό πολυώνυμο q B B B qb Διασπορά ( ) q Αυτοδιασπορά q ( q q),,, q Αυτοσυσχέτιση q q q,,, q q Η μερική αυτοσυσχέτιση φθίνει με μορφή που καθορίζεται από τις ρίζες του χαρακτηριστικού πολυωνύμου Οι εκφράσεις των ϕ ττ ως προς τους συντελεστές θ, θ,..., θ q είναι πολύπλοκες