編輯推薦
藉助R語言,結閤實際例子講述時間序列分析的原理、方法和實現。
內容簡介
本書主要介紹瞭時間序列的時域分析方法, 內容包括時間序列的基本概念、時序數據的預處理方
式、時序數據的分解和平滑、趨勢的消除、單位根檢驗和協整、平穩時間序列模型、非平穩時間序列
模型、殘差自迴歸模型、季節模型、異方差時間序列模型以及上述模型的性質、建模、預測, 此外還包
含瞭大量的實例. 本書全程使用 R語言分析瞭來自不同學科的真實數據.
本書通俗易懂, 理論與應用並重, 可作為高等院校統計、經濟、商科、工程以及定量社會科學等相
關專業的高年級本科生學習時間序列分析的教材或教學參考書, 也可作為碩士研究生使用 R軟件學習
時間序列分析的入門書, 還可供相關技術人員進行時序數據處理的參考書.
目錄
目錄
第 1章引言及基礎知識1
11引言1
111時間序列的定義 2
112時間序列的分類5
113時間序列分析的方法迴顧6
12基本概念7
121時間序列與隨機過程 7
122概率分布族及其特徵 8
123平穩時間序列的定義 10
124平穩時間序列的一些性質 11
125平穩性假設的意義 12
13時間序列建模的基本步驟 14
131模型識彆 14
132模型估計 15
133模型檢驗 15
134模型應用 16
14 R語言入門 17
141 R語言簡介 17
142 R的安裝 17
143 R的基本操作 18
15數據預處理 25
151時序圖與自相關圖的繪製 26
IV 應用時間序列分析
152數據平穩性的圖檢驗 30
153數據的純隨機性檢驗 34
習題 1 40
第 2章平穩時間序列模型及其性質 42
21差分方程和滯後算子 42
211差分運算與滯後算子 42
212綫性差分方程 44
22自迴歸模型的概念和性質 46
221自迴歸模型的定義 46
222穩定性與平穩性 49
223平穩自迴歸模型的統計性質 53
23移動平均模型的概念和性質 62
231移動平均模型的定義 62
232移動平均模型的統計性質 62
24自迴歸移動平均模型的概念和性質 68
241自迴歸移動平均模型的定義 68
242平穩性與可逆性 69
243 Green函數與逆函數 69
244 ARMA(p, q)模型的統計性質 70
習題 2 72
第 3章平穩時間序列的建模和預測 74
31自迴歸移動平均模型的識彆 74
311自相關函數和偏自相關函數的估計 75
312模型識彆的方法 75
32參數估計 82
321矩估計法 82
322最小二乘估計 86
目錄 V
323極大似然估計 89
324實例 90
33模型的檢驗與優化 93
331殘差的檢驗 93
332過度擬閤檢驗 94
333模型優化 96
34序列的預測 101
341預測準則 101
342自迴歸移動平均模型的預測 104
習題 3 110
第 4章數據的分解和平滑 113
41序列分解原理 113
411平穩序列的 Wold分解 113
412一般序列的 Cramer分解 115
413數據分解的形式 115
42趨勢擬閤法 117
421綫性擬閤 118
422麯綫擬閤 120
43移動平均法 122
431中心化移動平均法 123
432簡單移動平均法 124
433二次移動平均法 125
44指數平滑方法 127
441簡單指數平滑方法 127
442 Holt綫性指數平滑方法 128
443 Holt-Winters指數平滑方法 129
45 季節效應分析 132
習題 4 135
VI 應用時間序列分析
第 5章非平穩時間序列模型 137
51非平穩序列的概念 137
511非平穩序列的定義 137
512確定性趨勢 138
513隨機性趨勢 139
52趨勢的消除 140
521差分運算的本質 140
522趨勢信息的提取 141
523過差分現象 143
53求和自迴歸移動平均模型 146
531求和自迴歸移動平均模型的定義 146
532求和自迴歸移動平均模型的性質 147
533求和自迴歸移動平均模型的建模 148
534求和自迴歸移動平均模型的預測理論 154
54殘差自迴歸模型 157
541殘差自迴歸模型的概念 157
542殘差的自相關檢驗 158
543殘差自迴歸模型建模 160
習題 5 165
第 6章季節模型 167
61簡單季節自迴歸移動平均模型 167
611季節移動平均模型 167
612季節自迴歸模型 168
62乘積季節自迴歸移動平均模型 169
63季節求和自迴歸移動平均模型 171
631乘積季節求和自迴歸移動平均模型 171
632乘積季節求和自迴歸移動平均模型的建模 172
64季節求和自迴歸移動平均模型的預測 176
目錄 VII
習題 6 179
第 7章單位根檢驗和協整 182
71僞迴歸 182
711“僞迴歸”現象 182
712非平穩對迴歸的影響 183
72單位根檢驗 184
721理論基礎 184
722 DF檢驗 187
723 ADF檢驗 193
724 PP單位根檢驗 201
725 KPSS單位根檢驗 203
73協整 204
731協整的概念 205
732協整檢驗 206
74 誤差修正模型 214
習題 7 216
第 8章異方差時間序列模型 219
81簡單異方差模型 219
811異方差的現象 219
812方差齊性變換 221
82自迴歸條件異方差模型 224
821自迴歸條件異方差模型的概念 224
822自迴歸條件異方差模型的估計 226
823自迴歸條件異方差模型的檢驗 227
83 廣義自迴歸條件異方差模型 232
習題 8 237
參考文獻 239
精彩書摘
第 1章引言及基礎知識
學習目標與要求
1.瞭解時間序列分析的發展簡史. 2.理解時間序列的基本概念和主要特徵. 3.理解時間序列分析的基本步驟. 4.掌握 R語言的基本操作. 5.學會時間序列數據預處理的方法.
1.1引言
時間序列分析在人類早期的生産實踐和科學研究中發揮瞭重要作用 . 7000年前 ,古埃及人為瞭發展農業 ,把尼羅河漲落的情況逐天記錄下來 ,並進行瞭長期的觀察 .他們發現 ,在天狼星第一次和太陽同時升起後的兩百天左右尼羅河開始泛濫 ,洪水大約持續七八十天 ,此後土地肥沃、適於農業種植 .由於掌握瞭尼羅河泛濫的規律 ,古埃及的農業迅速發展 ,從而創造瞭古埃及燦爛的史前文明.再如:德國天文學傢、藥劑師 S. H. Schwabe (1789—1875)從 1826年至 1843年,在每一個晴天 ,認真審視太陽錶麵 ,並且記錄下每一個黑點 ,對這些記錄仔細研究後 ,最終發現瞭太陽黑子活動有 11年左右的周期性規律.這一發現被視為天文學上最重要的發現之一.
另外 ,許多經濟現象的發展都具有隨時間演變的特徵 .例如 :宏觀經濟運行中的國內生産總值、消費支齣、貨幣供應量等 ;又如 :微觀經濟運行中的企業産品價格、銷售量、銷售額、利潤等量 ;再如 :金融市場中的股價指數、股票價格、成交量等變量的變化 .將這些變量依時間先後記錄下來並加以研究 ,揭示其中隱含的經濟規律 ,預測未來經濟行為 ,已經成為經濟研究的重要手段.
像上麵這樣按照時間的順序把隨機事件變化發展的過程記錄下來就構成瞭一個時間序列 ,對時間序列進行觀察、研究 ,找尋它變化發展的規律,預測它將來的走勢就是時間序列分析.
1.1.1時間序列的定義
在統計研究中,一般將按時間順序排列的一組隨機變量
X1,X2, ··· ,Xt, ··· (1.1)
稱為一個時間序列 (time series),簡記為 {Xt,t ∈ T }或 {Xt}.用
x1,x2, ··· ,xn (1.2)
或
{xt,t =1, 2, ··· ,n}
錶示該隨機序列的 n個有序觀察 (測)值,稱為序列長度為 n的觀察 (測)值序列 ,有時也稱觀察值序列 (1.2)為時間序列 (1.1)的一個實現 .在上下文不引起歧義的情況下 ,有時一個時間序列也記為 {xt}.
下麵介紹一些時間序列的例子.
例 1.1把我國 1953—2016年國內生産總值 (GDP)按照時間順序記錄下來 ,就構成瞭一個序列長度為 64的國內生産總值觀察值序列 .將數據按時間順序逐一羅列或繪錶羅列 ,一般不易觀察 ,為此通常繪製時序圖來觀察趨勢 ,所謂時序圖是指橫軸錶示時間 ,縱軸錶示時間序列的觀察值而繪製的圖 .藉助 R軟件強大的繪圖功能可以繪製齣許多漂亮的統計圖 .圖 1.1為國內生産總值年度時間序列的時序圖 .該圖是用下列 R語句生成的 (全書中假設所涉及的數據文件存放在 E盤的 DATA子目錄下,讀者可根據自己的情況進行調整).
> x <-read.table("E:/DATA/CHAP1/data1.1.csv", sep=",", header=T)
> GDP <-ts(x$GDP, start=1953)
> plot(GDP, type="o",xlab="年份",ylab="國內生産總值(GDP)",col=1)
從圖 1.1中可以看齣 ,我國 GDP從 1992年開始大幅度增長 , 1998年左右增長速度齣現瓶頸,而 2004年之後 ,除瞭 2009年有小幅增速外 ,幾乎呈現直綫型高速增長趨勢 .為瞭更好地預測這種趨勢 ,我們關心的是相鄰年度 GDP的關聯情況 .為此 ,我們可以繪製我國當年 GDP與上一年 GDP的散點圖 .接上麵程序 ,我們用下列 R語句生成圖 1.2.從圖 1.2看齣相鄰年度 GDP的關聯呈綫性.
前言/序言
前言
時間序列分析是一種處理動態數據的統計方法 ,它是基於隨機過程理論和數理統計方法而發展起來的 ,是尋找動態數據的變化特徵、挖掘隱含信息、建立擬閤模型、進而預測數據未來發展的有力統計工具 ,它廣泛應用於經濟、金融、氣象、天文、物理、化學、生物、醫學、質量控製等社會科學、自然科學和生産實踐的諸多領域 ,已經成為許多行業常用的統計方法.
目前 ,國內外有關時間序列分析的教材已有很多 ,其中一些偏重於理論的講述 ,需要讀者具備比較深厚的概率論與數理統計基礎 ,主要閱讀對象是統計學專業的學生 ;另一些則側重於模型的應用 ,缺少理論和技術細節的推導 ,主要閱讀對象是經管類專業的學生 .隨著我國招生製度的變化和大數據産業的飛速發展 ,大部分高校的統計學及其相關專業的培養目標逐步轉為復閤應用型人纔,強調培養具有數據分析能力的人纔的重要性.為適應這一變化,應有相應教材齣現.
為適應培養要求的轉變 ,滿足更多專業學生的學習需求 ,本書在藉鑒國內外相關優秀教材的基礎上 ,著重突齣三個特色 .第一是以精簡、易懂、深入淺齣的方式講清楚基本概念、基本理論和推導技巧 ,著重闡釋統計思想和數據處理方法 .同時 ,加強實用性 ,通過大量實例 ,一方麵使得學習者深刻認識時間序列的基本概念、常用性質和基本理論 ;另一方麵也使得他們盡快掌握時序數據分析的基本技能 .第二是本書全程使用 R語言進行實例分析 ,並且提供全部代碼 . R語言是免費的開源編程軟件 ,占用存儲空間小 ,安裝快捷 ,統計功能強大 ,使用人數眾多 ,軟件包更新速度快 .它是目前最流行的統計軟件 ,許多新的統計方法大都以 R程序包的形式首先展示在世人麵前 .第三是本書所使用的數據絕大多數是真實數據 .這些數據都可以在國傢統計局網站、中國氣象數據網、 http://new.censusatschool.org.nz/resource/time-series-data-sets-2013/、 https://www.nrscotland.gov.uk/statistics-and-data、 http://qed.econ.queensu.ca/jae/ 1994-v9.S/、http://homepage.divms.uiowa.edu/ kchan/TSA.htm、https://fred.stlouisfed.org/、 https://stats.bls.gov/和 https://robjhyndman.com/TSDL/等網站下載 .通過對真實數據的分析,學習者更能體會到基本理論、數據分析技能和數據分析經驗相結閤的重要性 .同時 ,也給初學者提供瞭大量免費數據資源和練習的機會.
本書以時間序列分析的理論和實例相結閤的方式 ,有側重地介紹以下內容 .第 1章概述時間序列的發展曆程、時間序列的一些基本概念、數據建模的基本步驟、 R語言的一些基本操作
. II .應用時間序列分析
和時序數據的預處理 .第 2章和第 3章分彆介紹平穩時間序列模型的概念、性質、建模和預測方法 .第 4章介紹時序數據分解的思想以及常用的數據平滑方法 .第 5章介紹非平穩時間序列模型的概念、趨勢的消除、 ARIMA模型的概念、性質、建模方法以及預測 ,最後簡單討論瞭殘差自迴歸模型 .第 6章介紹幾類常見的季節模型以及它們的建模和預測方法 .第 7章討論僞迴歸現象、單位根檢驗和協整 .第 8章主要講述 ARCH模型和 GARCH模型的概念、估計和檢驗.此外 ,本書還配備瞭一定數量的習題 .目的是通過這些習題的演練 ,使讀者盡快掌握相應章節的基本理論和方法.
本書主要用作高等院校統計、經濟、商科、工程以及定量社會科學等相關專業的高年級本科生學習時間序列分析的教材或教學參考書 ,也可作為碩士研究生使用 R軟件學習時間序列分析的入門書,還可供相關技術人員進行時序數據處理的參考書.
本書在寫作過程中參考瞭國內外許多優秀的教材和論著 ,在此嚮這些教材或著作的作者錶示感謝和敬意 .本書能夠及時齣版 ,還要感謝清華大學齣版社劉穎編審的大力支持和幫助 .本書內容在大連民族大學統計學專業講授多次 ,感謝同學們對課程內容的濃厚興趣和熱烈討論 ,同時糾正瞭一些打印錯誤.
白曉東
baixd dlnu@163.com 2017年 10月
應用時間序列分析 下載 mobi epub pdf txt 電子書 格式