Χρονικές σειρές 5 Ο μάθημα: Γραμμικά στοχαστικά μοντέλα (1) Αυτοπαλίνδρομα μοντέλα Εαρινό εξάμηνο Τμήμα Μαθηματικών ΑΠΘ

Σχετικά έγγραφα
Χρονικές σειρές 8 Ο μάθημα: Μοντέλα κινητού μέσου

Χρονικές σειρές 6 Ο μάθημα: Αυτοπαλίνδρομα μοντέλα (2)

Χρονικές σειρές 2 Ο μάθημα: Εισαγωγή στις χρονοσειρές

Στασιμότητα χρονοσειρών Νόθα αποτελέσματα-spurious regression Ο έλεγχος στασιμότητας είναι απαραίτητος ώστε η στοχαστική ανάλυση να οδηγεί σε ασφαλή

Χρονικές σειρές 10 Ο μάθημα: Μη στάσιμα μοντέλα ARIMA Μεθοδολογία Box-Jenkins Εαρινό εξάμηνο Τμήμα Μαθηματικών ΑΠΘ

ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

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

Χρονικές σειρές 3 Ο μάθημα: Βασικές στοχαστικές διαδικασίες Μη στάσιμες χρονοσειρές Εαρινό εξάμηνο Τμήμα Μαθηματικών ΑΠΘ

ΤΜΗΜΑΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΥΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑΤΑ: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Η/Υ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΘΕΜΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΧΡΟΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΣΕΙΡΩΝ

Χρονικές σειρές 9 Ο μάθημα: Μεικτά μοντέλα ARMA

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ. ΜΑΘΗΜΑ 5ο

ΜΑΘΗΜΑ 3ο. Βασικές έννοιες

ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ MSc Τραπεζικής & Χρηματοοικονομικής

ΧΡΟΝΙΚΕΣ ΣΕΙΡΕΣ. Παπάνα Αγγελική

Χρονολογικές Σειρές (Time Series) Lecture notes Φ.Κουντούρη 2008

ΤΕΛΕΣΤΕΣ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΧΡΟΝΟΣΕΙΡΩΝ

Οικονομικές εφαρμογές υπολογιστικών πακέτων. Στοχαστικά υποδείγματα

1. Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ αυτοπαλίνδρομων υποδειγμάτων (AR) και υποδειγμάτων κινητού μέσου (MA);

Εφαρμοσμένη Στατιστική: Συντελεστής συσχέτισης. Παλινδρόμηση απλή γραμμική, πολλαπλή γραμμική

Χρονικές σειρές 11 Ο μάθημα: Προβλέψεις

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Παπάνα Αγγελική

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Παπάνα Αγγελική

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Β μέρος: Ετεροσκεδαστικότητα. Παπάνα Αγγελική

ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: ΘΑΝΑΣΗΣ ΚΑΖΑΝΑΣ. Οικονομετρία

Παράρτηµα 3 Εξισώσεις Διαφορών και Στοχαστικές Διαδικασίες

Μέρος V. Ανάλυση Παλινδρόμηση (Regression Analysis)

ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: ΘΑΝΑΣΗΣ ΚΑΖΑΝΑΣ. Οικονομετρία

ΤΜΗΜΑΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΥΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Οικονομετρία Ι. Ενότητα 9: Αυτοσυσχέτιση. Δρ. Χαϊδώ Δριτσάκη Τμήμα Λογιστικής & Χρηματοοικονομικής

ΜΑΘΗΜΑ 4 ο. Μοναδιαία ρίζα

ΤΜΗΜΑΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΥΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΠΡΟΒΛΕΨΕΩΝ& ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΑΘΗΜΑ ΠΕΜΠΤΟ-ΑΥTOΠΑΛΙΝΔΡΟΜΑ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΑ(AR(p))

Χρονοσειρές Μάθημα 3

ΧΡΟΝΙΚΕΣ ΣΕΙΡΕΣ. Παπάνα Αγγελική

Χρονικές σειρές 4 Ο μάθημα: Μη στάσιμες χρονοσειρές Μετασχηματισμός σε στάσιμες Εαρινό εξάμηνο Τμήμα Μαθηματικών ΑΠΘ

Επαυξημένος έλεγχος Dickey - Fuller (ADF)

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Ενότητα 4: Ανάλυση Χρονολογικών Σειρών. Αναπλ. Καθηγητής Νικόλαος Σαριαννίδης Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά)

Εφαρμοσμένη Στατιστική

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΟΣ ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ. ΜΑΘΗΜΑ 4ο

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ II ΗΜΗΤΡΙΟΣ ΘΩΜΑΚΟΣ

Πολλαπλή παλινδρόμηση (Multivariate regression)

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ. ΜΑΘΗΜΑ 3ο

Χ. Εμμανουηλίδης, 1

ΤΜΗΜΑΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΥΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ Κεφάλαιο 2

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΔΙΑΚΡΙΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ, ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΑ ARIMA ΚΑΙ SARIMA, ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ BOX-JENKINS

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Παπάνα Αγγελική

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Α μέρος: Πολυσυγγραμμικότητα. Παπάνα Αγγελική

Επίλυση Υποδειγμάτων με Ορθολογικές Προσδοκίες. Το Πρωτοβάθμιο και Δευτεροβάθμιο Υπόδειγμα

Χρονικές σειρές 1 o μάθημα: Εισαγωγή στις χρονοσειρές

Συνολοκλήρωση και μηχανισμός διόρθωσης σφάλματος

Τεχνικές Προβλέψεων Αυτοπαλινδρομικά Μοντέλα Κινητού Μέσου Όρου (ARIMA)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ ΜΕ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΣΕΙΡΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ Μεταπτυχιακό Τραπεζικής & Χρηματοοικονομικής

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ

Επίλυση Υποδειγμάτων με Ορθολογικές Προσδοκίες. Το Πρωτοβάθμιο Υπόδειγμα

Μάθημα 5-6: Στάσιμες πολυμεταβλητές χρονοσειρές και μοντέλα Διασυσχέτιση Διανυσματικά αυτοπαλίνδρομα μοντέλα Δίκτυα από πολυμεταβλητές χρονοσειρές

Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά) Μάθημα: Οικονομετρία Διάλεξη 2η: Απλή Γραμμική Παλινδρόμηση. Διδάσκουσα: Κοντογιάννη Αριστούλα

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Η μέθοδος των βοηθητικών μεταβλητών. Παπάνα Αγγελική

ΑΝΩΤΑΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΜΕΣΟΛΟΓΓΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΙΟΙΚΗΣΗΣ & ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΣΤΗ ΙΟΙΚΗΣΗ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ

Συνολοκλήρωση και VAR υποδείγματα

9. Παλινδρόμηση και Συσχέτιση

Διαχείριση Υδατικών Πόρων

12. ΑΝΙΣΩΣΕΙΣ Α ΒΑΘΜΟΥ. είναι δύο παραστάσεις μιας μεταβλητής x πού παίρνει τιμές στο

3. ΣΕΙΡΙΑΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗΣ

Να επιλύουμε και να διερευνούμε γραμμικά συστήματα. Να ορίζουμε την έννοια του συμβιβαστού και ομογενούς συστήματος.

ΤΜΗΜΑΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΥΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΠΡΟΒΛΕΨΕΩΝ& ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΑΘΗΜΑ ΤΡΙΤΟ-ΑΥΤΟΣΥΣΧΕΤΙΣΗ (AUTOCORRELATION)

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Παπάνα Αγγελική

Μάθημα 1: Εισαγωγή στην ανα λυση χρονοσειρω ν, στασιμο τητα και αυτοσυσχε τιση

Απλή Γραμμική Παλινδρόμηση και Συσχέτιση 19/5/2017

Χρονοσειρές, Μέρος Β 1 Πρόβλεψη Χρονικών Σειρών

Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Κατεύθυνση Αγροτικής Οικονομίας Εφαρμοσμένη Στατιστική Μάθημα 4 ο :Τυχαίες μεταβλητές Διδάσκουσα: Κοντογιάννη Αριστούλα

Χρονοσειρές - Μάθημα 8. Μη-γραμμική ανάλυση χρονοσειρών

Άσκηση 1: Λύση: Για το άθροισμα ισχύει: κι επειδή οι μέσες τιμές των Χ και Υ είναι 0: Έτσι η διασπορά της Ζ=Χ+Υ είναι:

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. σε μη γραμμικές μορφές. Παπάνα Αγγελική

cov(x, Y ) = E[(X E[X]) (Y E[Y ])] cov(x, Y ) = E[X Y ] E[X] E[Y ]

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ - ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΠΟΔΕΙΞΕΙΣ

Y Y ... y nx1. nx1

Στοχαστικές Στρατηγικές. διαδρομής (2)

a n = 3 n a n+1 = 3 a n, a 0 = 1

Αντικείμενο του κεφαλαίου είναι: Ανάλυση συσχέτισης μεταξύ δύο μεταβλητών. Εξίσωση παλινδρόμησης. Πρόβλεψη εξέλιξης

Στοχαστικές Στρατηγικές

Πολλαπλή παλινδρόµηση. Μάθηµα 3 ο

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Παπάνα Αγγελική

Μάθημα 2: Mη-στάσιμη χρονοσειρά, έλεγχος μοναδιαίας ρίζας και έλεγχος ανεξαρτησίας

Οικονομετρία Ι. Ενότητα 5: Ανάλυση της Διακύμανσης. Δρ. Χαϊδώ Δριτσάκη Τμήμα Λογιστικής & Χρηματοοικονομικής

ΤΜΗΜΑΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΥΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΩΝΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Οικονομετρία Ι. Ενότητα 3: Θεώρημα των Gauss Markov. Δρ. Χαϊδώ Δριτσάκη Τμήμα Λογιστικής & Χρηματοοικονομικής

Τεχνικές Προβλέψεων Αυτοπαλινδρομικά Μοντέλα Κινητού Μέσου Όρου (ARIMA)

Πρόλογος Μέρος Ι: Απλό και πολλαπλό υπόδειγμα παλινδρόμησης Αντικείμενο της οικονομετρίας... 21

ΜΑΘΗΜΑ 3ο. Υποδείγματα μιας εξίσωσης

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Βιολέττα Δάλλα. Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών

Ογενικός(πλήρης) έλεγχος των Dickey Fuller

Ποσοτικές Μέθοδοι στη Διοίκηση Επιχειρήσεων ΙΙ Σύνολο- Περιεχόμενο Μαθήματος

Κεφάλαιο 5. Το Συμπτωτικό Πολυώνυμο

Transcript:

Χρονικές σειρές 5 Ο μάθημα: Γραμμικά στοχαστικά μοντέλα (1) Αυτοπαλίνδρομα μοντέλα Εαρινό εξάμηνο 2018-2019 Τμήμα Μαθηματικών ΑΠΘ Διδάσκουσα: Αγγελική Παπάνα Μεταδιδακτορική Ερευνήτρια Πολυτεχνική σχολή, Α.Π.Θ. & Οικονομικό Τμήμα, Πανεπιστήμιο Μακεδονίας http://users.auth.gr/~agpapana/ 1

Υπενθύμιση: Θεώρημα διαχωρισμού του Wold Κάθε στάσιμη στοχαστική διαδικασία γράφεται ως γραμμικός συνδυασμός μιας ακολουθίας άπειρων ασυσχέτιστων τυχαίων μεταβλητών ως: Υ t μ = ε t + Ψ 1 ε t 1 + Ψ 2 ε t 2 + Σημειώνεται ότι στη μελέτη γραμμικών χρονοσειρών, μας ενδιαφέρουν οι (γραμμικές) συσχετίσεις και όχι η εξάρτηση, που είναι ισχυρότερη έννοια και εμπλέκει ενδεχομένως και μη γραμμικότητα. Για αυτό οι τυχαίες μεταβλητές ε t δεν χρειάζεται να είναι iid αλλά απλά λευκός θόρυβος. Για να είναι η χρονοσειρά στάσιμη, θα πρέπει το άθροισμα των συντελεστών Ψ i να μην απειρίζεται, δηλαδή Ψ i < 2

Η στοχαστική διαδικασία Υ t μ = ε t + Ψ 1 ε t 1 + Ψ 2 ε t 2 + γράφεται με την χρήση τελεστών, ως 1 Ψ 1 L Ψ 2 L 2 y t = ε t Ψ L y t = ε t, Ψ L = Ψ i L i όπου y t = Υ t μ Ο τελεστής του πολυωνύμου Ψ L μπορεί να θεωρηθεί ως γραμμικό φίλτρο με είσοδο το λευκό θόρυβο και έξοδο τη γραμμική χρονοσειρά. Για τα γραμμικά φίλτρα είναι γνωστό ότι αν η είσοδος είναι στάσιμη χρονοσειρά, τότε και η έξοδος είναι στάσιμη. Η έκφραση αυτή της χρονοσειράς είναι αυτή της διαδικασίας κινητού μέσου άπειρης τάξης. 3

Η τυχαία μεταβλητή της γραμμικής χρονοσειράς για κάθε χρόνο t μπορεί να εκφραστεί ως γραμμικός συνδυασμός των προηγούμενων τυχαίων μεταβλητών της χρονοσειράς y t = α 1 y t 1 + α 2 y t 2 + + ε t και η έκφραση αυτή είναι της αυτοπαλινδρομούμενης διαδικασίας άπειρης τάξης. Η συνθήκη α i < επιτρέπει η ε t να μπορεί να εκφραστεί ως (άπειρο) άθροισμα της παρούσας τυχαίας μεταβλητής και προηγούμενων τυχαίων μεταβλητών της χρονοσειράς. Η ιδιότητα αυτή ονομάζεται αντιστρεψιμότητα (reversibility) και δηλώνει την ισοδυναμία των δύο εκφράσεων της γραμμικής στοχαστικής διαδικασίας, ως αυτοπαλινδρομούμενης διαδικασίας και ως διαδικασίας κινητού μέσου. 4

ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ (1) ΑΥΤΟΠΑΛΙΝΔΡΟΜΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ένα αυτοπαλίνδρομο μοντέλο τάξης p (autoregressive model of order p) ή AR(p) διατυπώνεται ως εξής: Υ t = α 0 + α 1 Υ t 1 + + α p Υ t p + ε t Η τάξης p αναφέρεται στο μήκος της υστέρησης, ενώ ο όρος αυτοπαλίνδρομο προέρχεται από το γεγονός ότι η παραπάνω σχέση είναι στην ουσία ένα μοντέλο παλινδρόμησης, όταν οι ερμηνευτικές μεταβλητές ή παλινδρομητές (regressors) είναι οι τιμές της εξαρτημένης μεταβλητής Υ t με χρονική υστέρηση. 5

Η μεταβλητή ε t είναι λευκός θόρυβος, δηλ.: Ε ε t = 0 Var ε t = σ 2 Cov ε t, ε t s = 0 ΑΥΤΟΠΑΛΙΝΔΡΟΜΑ ΜΟΝΤΕΛΑ πρώτης τάξης AR(1) Ένα αυτοπαλίνδρομο μοντέλο 1 ης τάξης διατυπώνεται ως εξής: Υ t = α 0 + α 1 Υ t 1 + ε t 6

Όπως είπαμε, κάθε στάσιμη στοχαστική διαδικασία γράφεται ως γραμμικός συνδυασμός μιας ακολουθίας ασυσχέτιστων τυχαίων μεταβλητών ως: Υ t μ = ε t + Ψ 1 ε t 1 + Ψ 2 ε t 2 + Αν θέσουμε Ψ i = a i, τότε προκύπτει το μοντέλο AR(1) ως εξής: Υ t μ = ε t + aε t 1 + a 2 ε t 2 + Υ t μ = ε t + a(ε t 1 + aε t 2 + ) Υ t μ = ε t + a Υ t 1 μ Υ t μ = ε t + aυ t 1 aμ Υ t = μ αμ + aυ t 1 ε t Υ t = μ(1 α) + αυ t 1 + ε t 7

Χάριν ευκολίας, υποθέτουμε ότι ο μέσος της χρονοσειράς είναι μηδέν (μ = 0) ή ότι οι μεταβλητές εκφράζονται ως αποκλίσεις από τους μέσους, οπότε η σχέση Υ t = μ(1 α) + αυ t 1 + ε t γράφεται: y t = α 1 y t 1 + ε t όπου y t = Υ t ΕΥ t = Υ t μ. Όπως είδαμε και προηγουμένως α 0 = 1 α 1 μ μ = α 0 1 α 1 8

Για το γραμμικό αυτοπαλινδρομούμενο μοντέλο AR(1), με εξίσωση ισχύουν τα εξής: γ 0 = Var y t = σ 2 1 1 α 1 2 γ s = Cov y t, y t s = α 1 s γ 0 ρ s = γ s γ 0 = α 1 s y t = α 1 y t 1 + ε t 9

γ 0 = Var y t = σ 2 1 1 α 1 2 Απόδειξη y t = α 1 y t 1 + ε t Υψώνουμε στο τετράγωνο και τα δύο μέλη και παίρνουμε τις προσδοκώμενες τιμές Εy 2 t = a 2 2 2 1 Ey t 1 + 2α 1 Ey t 1 ε t + Eε t Ey t 1 ε t = 0, αφού το y t 1 εξαρτάται μόνο από το ε t 1 που είναι λευκός θόρυβος και Εy 2 2 t = Εy t 1 = Var(y t ) αφού y t στάσιμη Var y t = a 1 2 Var y t + σ 2 Var y t = σ 2 1 1 α 1 2 10

γ s = Cov y t, y t s = α 1 s γ 0 Απόδειξη y t = α 1 y t 1 + ε t Πολλαπλασιάζουμε και τα δύο μέλη επί y t s και παίρνουμε τις προσδοκώμενες τιμές Εy t y t s = α 1 Ey t 1 y t s + Eε t y t s (E(ε t y t s ) = 0) γ s = α 1 γ s 1 για s > 0 Οπότε γ 1 = α 1 γ 0 γ 2 = α 1 γ 1 = a 1 2 γ 0 γ 3 = α 1 γ 2 = a 1 3 γ 0 κ.ο.κ και άρα γ s = a 1 s γ 0 11

ρ s = γ s γ 0 = α 1 s Απόδειξη ρ s = γ s = α 1 γ 0 s γ 0 γ 0 = α 1 s 12

Στασιμότητα Για να είναι στάσιμο το γραμμικό αυτοπαλινδρομούμενο μοντέλο AR(1), πρέπει: α 1 < 1 Για α 1 > 0, η συνάρτηση αυτοσυσχέτισης, αρχίζοντας από την μονάδα (ρ 0 = 1), φθίνει γεωμετρικά και τείνει προς το μηδέν καθώς η υστέρηση s αυξάνει. Για α 1 < 0, η συνάρτηση αυτοσυσχέτισης, αρχίζοντας από την μονάδα (ρ 0 = 1), πάλι φθίνει γεωμετρικά και τείνει προς το μηδέν, αλλά με εναλλασσόμενο πρόσημο. 13

Παρατηρήσεις Για α 1 = 1, η διαδικασία είναι αυτή του τυχαίου περιπάτου. Η ε t δεν συσχετίζεται με οποιοδήποτε y s με s < t. 14

Συμβολισμός με τελεστή υστέρησης Με τον συμβολισμό του τελεστή υστερήσεως L (ή Β ανάλογα με την βιβλιογραφία), το AR(1), γράφεται: y t = α 1 y t 1 + ε t y t = α 1 Ly t + ε t y t α 1 Ly t = ε t (1 α 1 L)y t = ε t A L = ε t 15

Διατύπωση του στάσιμου μοντέλου AR(1) ως γραμμικού φίλτρου H διατύπωση του AR(1), y t = α 1 y t 1 + ε t ως γραμμικού φίλτρου, δηλαδή ως σειρά άπειρων όρων (το οποίο είναι μια διαδικασία κινητού μέσου), είναι δυνατή μόνο αν η σειρά είναι στάσιμη, δηλαδή αν Πράγματι: y t = ε t + α 1 ε t 1 + α 1 2 ε t 2 + α 1 < 1 16

Για α 1 < 1 η σχέση y t = α 1 y t 1 + ε t γράφεται με διαδοχικές αντικαταστάσεις ως εξής: y t = α 1 y t 1 + ε t y t = α 1 (α 1 y t 2 + ε t 1 ) + ε t y t = α 1 2 y t 2 + α 1 ε t 1 + ε t y t = α 1 2 (α 1 y t 3 + ε t 2 ) + α 1 ε t 1 + ε t y t = α 1 3 y t 3 + α 1 2 ε t 2 + α 1 ε t 1 + ε t y t = α 1 3 (α 1 y t 4 + ε t 3 ) + α 1 2 ε t 2 + α 1 ε t 1 + ε t κ.ο.κ Συνεχίζοντας έτσι, μπορούμε να παραστήσουμε την y t ως σειρά άπειρων όρων: y t = ε t + α 1 ε t 1 + α 1 2 ε t 2 + ή με την βοήθεια τελεστών ως y t = (1 + α 1 L + α 1 2 L 2 + )ε t 17

Παράδειγμα Έστω το μοντέλο AR(1) με εξίσωση y t = α 1 y t 1 + ε t, όπου α 1 = 0.8. Η γραφική παράσταση μιας πραγματοποίησης και της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης δίνονται παρακάτω. 18

Παράδειγμα Έστω το μοντέλο AR(1) με εξίσωση y t = α 1 y t 1 + ε t, όπου α 1 = 0.8. Η γραφική παράσταση μιας πραγματοποίησης και της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης δίνονται παρακάτω. 19

Αυτοπαλίνδρομα μοντέλα δεύτερης τάξης AR(2) Η γενική μορφή ενός μοντέλου AR(2) είναι: ή Υ t = α 0 + α 1 Υ t 1 + α 2 Υ t 2 + ε t y t = α 1 y t 1 + α 2 y t 2 + ε t Με τον συμβολισμό του τελεστή υστέρησης L, η παραπάνω σχέση γράφεται: A L y t = 1 α 1 L α 2 L 2 y t = ε t 20

Ισχύουν τα παρακάτω: μ = α 0 1 α 1 α 2 γ 0 = Var Y t = α 1 γ 1 + α 2 γ 2 + σ 2 γ s = Cov Y t, Y t s = α 1 γ s 1 + α 2 γ s 2 για s > 0 ρ s = α 1 ρ s 1 + α 2 ρ s 2 για s > 0 21

μ = α 0 1 α 1 α 2 Απόδειξη Υ t = α 0 + α 1 Υ t 1 + α 2 Υ t 2 + ε t Παίρνουμε τις προσδοκώμενες τιμές Ε(Υ t ) = α 0 + α 1 Ε(Υ t 1 ) + α 2 Ε(Υ t 2 ) + Ε(ε t ) (Ε ε t = 0) μ = α 0 + α 1 μ + α 2 μ μ = α 0 1 α 1 α 2 22

γ 0 = Var Y t = α 1 γ 1 + α 2 γ 2 + σ 2 Απόδειξη y t = α 1 y t 1 + α 2 y t 2 + ε t Πολλαπλασιάζουμε με y t y 2 t = α 1 y t y t 1 + α 2 y t y t 2 + y t ε t Παίρνουμε τις προσδοκώμενες τιμές E(y 2 t ) = α 1 E(y t y t 1 ) + α 2 E(y t y t 2 ) + E(y t ε t ) Var Y t = α 1 γ 1 + α 2 γ 2 + σ 2 διότι E y t ε t = Ε α 1 y t 1 + α 2 y t 2 + ε t ε t = Ε(α 1 y t 1 ε t + α 2 y t 2 ε t + ε t 2 ) = α 1 Ε(y t 1 ε t ) + α 2 Ε(y t 2 ε t ) + Ε(ε t 2 ) = σ 2 23

γ s = Cov Y t, Y t s = α 1 γ s 1 + α 2 γ s 2 για s > 0 Απόδειξη y t = α 1 y t 1 + α 2 y t 2 + ε t Πολλαπλασιάζουμε με y t s y t y t s = α 1 y t 1 y t s + α 2 y t 2 y t s + y t s ε t Παίρνουμε τις προσδοκώμενες τιμές E(y t y t s ) = α 1 E(y t 1 y t s ) + α 2 E(y t 2 y t s ) + E(y t s ε t ) Cov Y t, Y t s = α 1 γ s 1 + α 2 γ s 2 (E y t s ε t = 0) 24

ρ s = α 1 ρ s 1 + α 2 ρ s 2 για s > 0 Απόδειξη Δείξαμε ότι γ s = Cov Y t, Y t s = α 1 γ s 1 + α 2 γ s 2 Διαιρούμε με γ 0 γ s γ = α s 1 γ γ 1 + α s 2 0 γ 2 0 γ 0 ρ s = α 1 ρ s 1 + α 2 ρ s 2 25

Στασιμότητα Η σειρά είναι στάσιμη αν οι ρίζες του χαρακτηριστικού πολυωνύμου A L = 1 α 1 L α 2 L 2 είναι εκτός του μοναδιαίου κύκλου, και επομένως αν ισχύουν οι συνθήκες: α 1 + α 2 < 1 α 1 + α 2 < 1 1 < α 2 < 1 Συμπερασματικά, η σειρά είναι στάσιμη αν η διακύμανση γ 0 είναι θετικός σταθερός αριθμός, το οποίο συμβαίνει μόνο αν ισχύει η σχέση: ρ s = α 1 ρ s 1 + α 2 ρ s 2 ρ 1 = α 1 + α 2 ρ 1 (ρ 0 = 1, ρ 1 = ρ 1 ) ρ 2 = α 1 ρ 1 + α 2 26

Οι εξισώσεις αυτές ρ 1 = α 1 + α 2 ρ 1 ρ 2 = α 1 ρ 1 + α 2 είναι γνωστές ως εξισώσεις Yule-Walker και συνιστούν σύστημα δύο εξισώσεων από την λύση του οποίου προκύπτουν οι τιμές για τις δύο αυτοσυσχετίσεις, εφόσον είναι γνωστές οι τιμές των συντελεστών α 1, α 2. Συγκεκριμένα: ρ 1 = α 1 1 α ρ 2 = α 2 + α 1 2 1 α 2 Εναλλακτικά, αν είναι γνωστές οι αυτοσυσχετίσεις, μπορούμε να βρούμε τιμές των συντελεστών. 2 27

Η αυτοσυσχέτιση μιας AR(2) διαδικασίας τείνει στο μηδέν καθώς αυξάνεται η υστέρηση s. Οι αυτοσυσχετίσεις για s > 2 υπολογίζονται από την σχέση ρ s = α 1 ρ s 1 + α 2 ρ s 2 αφού προηγουμένως έχουν υπολογιστεί τα ρ 1, ρ 2. 28

Παράδειγμα Έστω το μοντέλο AR(2) με εξίσωση y t = α 1 y t 1 + α 2 y t 1 + ε t, όπου α 1 = 0.5 και α 2 = 0.3. Η γραφική παράσταση μιας πραγματοποίησης και της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης δίνονται παρακάτω. 29

Παράδειγμα Έστω το μοντέλο AR(2) με εξίσωση y t = α 1 y t 1 + α 2 y t 1 + ε t, όπου α 1 = 0.5 και α 2 = 0.3. Η γραφική παράσταση μιας πραγματοποίησης και της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης δίνονται παρακάτω. 30

Αυτοπαλίνδρομα μοντέλα p τάξης AR(p) Η γενική μορφή ενός μοντέλου AR(p) είναι: ή Υ t = α 0 + α 1 Υ t 1 + + α p Υ t p + ε t y t = α 1 y t 1 + + α p y t p + ε t Με τον συμβολισμό του τελεστή υστέρησης L, η παραπάνω σχέση γράφεται: A L y t = 1 α 1 L α p L p y t = ε t 31

Ο μέσος μ των Y t δίνεται από την σχέση: μ = α 0 1 α 1 α p Για το AR(p) ισχύουν τα εξής: γ 0 = σ 2 + α 1 γ 1 + α 2 γ 2 + + α p γ p γ 0 = σ 2 1 α 1 ρ 1 α p ρ π γ s = α 1 γ s 1 + α 2 γ s 2 + + α p γ s p για s > 0 ρ s = α 1 ρ s 1 + α 2 ρ s 2 + + α p ρ s p για s > 0 32

Από την σχέση ρ s = α 1 ρ s 1 + α 2 ρ s 2 + + α p ρ s p για s > 0 προκύπτουν οι p Yule-Walker εξισώσεις: ρ 1 = α 1 + α 2 ρ 1 + α 3 ρ 2 + α p ρ p 1 ρ 2 = α 1 ρ 1 + α 2 + α 1 ρ 3 + α p ρ p 2 ρ p = α 1 ρ p 1 + α 2 ρ p 2 + α 3 ρ p 3 + + α p Οι εξισώσεις αυτές σχηματίζουν ένα σύστημα p εξισώσεων, από την λύση του οποίου προκύπτουν οι τιμές για τις αυτοσυσχετίσεις, αν είναι γνωστές οι τιμές των συντελεστών αυτοπαλινδρομήσεως α 1, α 2,, α p 33

Με τον συμβολισμό πινάκων, το παραπάνω σύστημα γράφεται ως εξής: R = ΠA όπου: R = Π = ρ 1 ρ 2 ρ p, A = 1 ρ 1 ρ p 1 ρ 1 1 ρ p 2 a 1 a 2, a p ρ p 1 ρ p 2 1 Αν οι αυτοσυσχετίσεις είναι γνωστές, τότε οι συντελεστές αυτοπαλινδρομήσεως δίνονται από την σχέση A = Π 1 R 34

Στασιμότητα Η διαδικασία AR(p) είναι στάσιμη αν οι ρίζες του χαρακτηριστικού πολυωνύμου A L = 1 α 1 L α 2 L 2 α p L p είναι εκτός του μοναδιαίου κύκλου ή αντίστοιχα αν οι ρίζες της χαρακτηριστικής εξίσωσης λ p α 1 λ p 1 α p 1 λ α p = 0 είναι όλες μικρότερες της μονάδας κατά απόλυτη τιμή. Οι ρίζες της χαρακτηριστικής εξίσωσης καθορίζουν την μορφή της αυτοσυσχέτισης και κατά επέκταση την στοχαστική διαδικασία ΑR(p). Υπάρχουν οι περιπτώσεις: 35

Κάποιες ρίζες της χαρακτηριστικής εξίσωσης να είναι μεγαλύτερες της μονάδας κατά απόλυτη τιμή. Η AR(p) είναι ασταθής και η χρονοσειρά που παράγεται είναι εκρηκτικά μη στάσιμη, δηλαδή αυξάνει σε μέγεθος και τείνει στο άπειρο. Η μεγαλύτερη χαρακτηριστική ρίζα να είναι ίση με την μονάδα. Η χρονοσειρά που παράγεται είναι μη στάσιμη, αλλά έχει ένα ιδιαίτερο τύπο μη στασιμότητας που λέγεται μη στασιμότητα μοναδιαίας ρίζας. Για τάξη 1, έχουμε τον τυχαίο περίπατο. Τέτοιες στοχαστικές διαδικασίες είναι ιδιαίτερα χρήσιμες σε χρηματοοικονομικές εφαρμογές γιατί εξηγούν χρονοσειρές που δεν έχουν σταθερή μέση τιμή. Παίρνοντας τις πρώτες διαφορές, η μοναδιαία ρίζα απαλείφεται. Οι ρίζες της χαρακτηριστικής εξίσωσης είναι μικρότερες της μονάδας, και η χρονοσειρά που παράγεται είναι στάσιμη. 36

Μερική αυτοσυσχέτιση Όλες οι αυτοπαλίνδρομες διαδικασίες έχουν συναρτήσεις αυτοσυσχέτισης, οι οποίες είναι φθίνουσες καθώς αυξάνει η υστέρηση s, με συνέπεια να είναι πολλές φορές δύσκολο να καθοριστεί η τάξη του μοντέλου που περιγράφει την χρονική σειρά, με βάση την συνάρτηση αυτοσυσχετίσεως. Ως ένα πρόσθετο κριτήριο για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται η συνάρτηση μερικής αυτοσυσχέτισης (partial autocorrelation function). Η μερική αυτοσυσχέτιση ανάμεσα στην Υ t και την Υ t s αναφέρεται στη συσχέτιση ανάμεσα στην Υ t και στην Υ t s όταν έχουν αφαιρεθεί οι γραμμικές επιδράσεις των ενδιάμεσων μεταβλητών Υ t 1, Υ t 2,.., Υ t (s 1). 37

Αν παραστήσουμε με ρ ss το συντελεστή μερικής αυτοσυσχέτισης s τάξεως, δηλαδή τον συντελεστή μερικής αυτοσυσχέτισης ανάμεσα στην Υ t και την Υ t s, για s = 1,2,, τότε σύμφωνα με τον ορισμό του, τότε το ρ ss είναι ο μερικός συντελεστής παλινδρομήσεως στο μοντέλο: y t = ρ 1s y t 1 + ρ 2s y t 2 + ρ 3s y t 3 + + ρ ss y t s + ε t O μερικός συντελεστής αυτοσυσχέτισης πρώτης τάξης ρ 11 συμπίπτει με τον συντελεστή αυτοπαλινδρομήσεως ρ 1 : ρ 11 = ρ 1 O μερικός συντελεστής αυτοσυσχέτισης δεύτερης τάξης ρ 22 προκύπτει από την παλινδρόμηση: y t = ρ 12 y t 1 + ρ 22 y t 2 + ε t 38

O μερικός συντελεστής αυτοσυσχέτισης τρίτης τάξης ρ 33 προκύπτει από την παλινδρόμηση: y t = ρ 13 y t 1 + ρ 23 y t 2 + ρ 33 y t 3 + ε t κ.ο.κ. Με άλλα λόγια, οι μερικοί συντελεστές αυτοσυσχέτισης ρ 11, ρ 22, ρ ss προκύπτουν από διαδοχικές παλινδρομήσεις ανάμεσα στην y t και την y t s για s = 1,2,.., δηλαδή αρχίζοντας με y t 1 και προσθέτοντας κάθε φορά μια υστέρηση. 39

Οι μερικοί συντελεστές αυτοσυσχέτισης ρ ss μπορούν να εκφραστούν ως συνάρτηση των συντελεστών αυτοσυσχέτισης ρ s, με βάση τις εξισώσεις Yule-Walker, όπου αντικαθιστούμε τους συντελεστές αυτοπαλινδρομήσεως α 1, α 2,, α p με τους μερικούς συντελεστές παλινδρομήσεως της σχέσης y t = ρ 1s y t 1 + ρ 2s y t 2 + ρ 3s y t 3 + + ρ ss y t s + ε t δηλαδή ρ 1s, ρ 2s, ρ ss, οπότε έχουμε τη σχέση ρ s = ρ 1s ρ s 1 + ρ 2s ρ s 2 + ρ 3s ρ s 3 + + ρ ss ρ s p, s = 1,2.., p Οι μερικοί συντελεστές αυτοσυσχέτισης ρ ss προκύπτουν από την λύση του παραπάνω συστήματος p εξισώσεων. 40

Έστω R ss το διάνυσμα των μερικών συντελεστών αυτοσυσχέτισης ρ ss, δηλαδήr ss = (ρ 11, ρ 22, ρ ss ). Είναι R = ΠR ss και R ss = Π 1 R Οι μερικοί συντελεστές αυτοσυσχέτισης υπολογίζονται με τον κανόνα Cramer ως εξής: ρ 11 = ρ 1 ρ 22 = 1 ρ 1 ρ 1 ρ 2 1 ρ 1 ρ 1 1 = ρ 2 ρ 1 2 1 ρ 1 2 41

ρ 33 = 1 ρ 1 ρ 1 ρ 1 1 ρ 2 ρ 2 ρ 1 ρ 3 1 ρ 1 ρ 2 ρ 1 1 ρ 1 ρ 2 ρ 1 1 κ.ο.κ ρ ss = 1 ρ 1.. ρ 1 ρ. 1. 1.... ρ. 2. ρ s 1 ρ s 2.. ρ s 1 ρ 1.. ρ s 1 ρ. 1. 1.... ρ s 2.. ρ s 1 ρ s 2.. 1 Οι συντελεστές ρ ss για διάφορες τιμές του s είναι η συνάρτηση μερικής αυτοσυσχέτισης. 42

Παράδειγμα Έστω το μοντέλο AR(2) με εξίσωση y t = α 1 y t 1 + α 2 y t 1 + ε t, όπου α 1 = 0.5 και α 2 = 0.3. Η γραφική παράσταση μιας πραγματοποίησης, η συνάρτηση αυτοσυσχέτιση και η συνάρτηση μερικής αυτοσυσχέτισης. Συνάρτηση μερικής αυτοσυσχέτισης στο MATLAB: parcorr.m 43

Βιβλιογραφία 1. Ε. Μπόρα Σέντα, Χ. Μωυσιάδης. Εφαρμοσμένη στατιστική, Β έκδοση, Εκδόσεις Ζήτη, 1995. 2. Γ. Κ. Χρήστου. Εισαγωγή στην Οικονομετρία, Β τόμος (Γ έκδοση), Εκδόσεις Gutenberg, 2007. 3. Δ. Κουγιουμτζής. Σημειώσεις μαθήματος Χρονοσειρών. Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, ΑΠΘ. 4. Γ.Ε. Κοκολάκης. Σημειώσεις ανάλυσης Χρονοσειρών. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών & Φυσικών Επιστημών, Αθήνα. 44