第八章 时间序列分析

第八章非平稳和季节时间序列模型分析方法时间序列是指观测值按照时间顺序排列的一组数据，其中具有季节性和非平稳性的时间序列数据具有特殊的分析需求。

本文将介绍非平稳和季节时间序列的分析方法。

一、非平稳时间序列分析方法非平稳时间序列是指其统计特征在时间上发生了变化，无法满足平稳性的要求。

非平稳时间序列具有趋势性、周期性、季节性和不规则性等特征。

对于非平稳时间序列的分析，我们可以采用以下方法：1.差分法：差分法是通过对时间序列取一阶或多阶差分来消除趋势性的影响。

通过差分后的时间序列进行分析，我们可以得到一个稳定的时间序列，并进行后续的建模和预测。

2.移动平均法：移动平均法是通过计算一定窗口范围内的观测值的平均值来消除短期波动的影响，从而得到一个平滑的时间序列。

通过移动平均后的时间序列进行分析，我们可以在一定程度上消除非平稳性的影响。

3.分解法：分解法是将非平稳时间序列分解为趋势项、季节项和随机项三个部分。

通过分解后的各个部分进行分析，我们可以了解趋势、季节和随机成分在时间序列中的作用，从而更好地进行建模和预测。

二、季节时间序列分析方法季节时间序列是指具有明显季节性的时间序列数据。

对于季节时间序列的分析，我们可以采用以下方法：1.季节性指数：季节性指数是用来描述季节性的强度和方向的指标。

通过计算每个季节的平均值与总平均值之比，可以得到季节性指数。

根据季节性指数的变化趋势，我们可以判断时间序列的季节性变化情况，并进行后续的建模和预测。

2.季节性趋势模型：季节性趋势模型是一种常用的季节时间序列建模方法。

该模型将时间序列分解为趋势项、季节项和随机项三个部分，并通过对这三个部分进行建模来分析季节性时间序列。

常用的季节性趋势模型包括季节性自回归移动平均模型（SARIMA）、季节性指数平滑模型等。

总结起来，非平稳和季节时间序列模型的分析方法主要包括差分法、移动平均法和分解法等对非平稳时间序列进行分析，以及季节性指数和季节性趋势模型等对季节性时间序列进行分析。

第八章、非平稳时间序列分析很多时间序列表现出非平稳的特性：随机变量的数学期望和方差随时间的变化而变化。

宏观经济数据形成的时间序列中有很多是非平稳时间序列。

非平稳时间序列与平稳时间序列具有截然不同的特征，研究的方法也很不一样。

因此，在对时间序列建立模型时，必须首先进行平稳性检验，对于平稳时间序列，可采用第七章的方法进行分析，对于非平稳时间序列，可以将采用差分方法得到平稳时间序列，然后采用平稳时间序列方法对差分数据进行研究，对于多个非平稳时间序列则可以采用协整方法对其关系进行研究。

8.1 随机游动和单位根8.1.1随机游动和单位根如果时间序列t y 满足模型t t t y y ε+=-1 （8.1）其中t ε为独立同分布的白噪声序列， ,2,1,)(2==t Var t σε，则称t y 为标准随机游动（standard random walk ）。

随机游动表明，时间序列在t 处的值等于1-t 时的值加上一个新息。

如果将t y 看作一个质点在直线上的位置，当前位置为1-t y ，则下一个时刻质点将向那个方向运动、运动多少（t ε）是完全随机的，既与当前所处的位置无关（t ε与1-t y 不相关），也与以前的运动历史无关（t ε与 ,,32--t t y y 不相关），由质点的运动历史和当前位置不能得出下一步运动方向的任何信息。

这便是 “随机游动”的由来。

随机游动时间序列是典型的非平稳时间序列。

将（8.1）进行递归，可以得出010211y y y y t s s t t t t t t t +==++=+=∑-=----εεεε （8.2）。

如果初始值0y 已知，则可以计算出t y 的方差为2)(σt y Var t =。

由此看出随机游动在不同时点的方差与时间t 成正比，不是常数，因此随机游动是非平稳时间序列。

下图给出了随12机游动时间序列图：图8.1 随机游动时间序列图将随机游动（8.1）用滞后算子表示为t t y L ε=-)1( （8.3），滞后多项式为L L -=Φ1)(。

81❝§8.1 季节性时间序列的重要特征82❝§8.2 季节性时间序列模型❝§8.3 季节性检验❝§8.4 季节性时间序列模型的建立所谓是指具有某种周期性变化季节性时间序列，是指具有某种周期性变化规律的随机序列，并且这种周期性的变化规律往往是由于季节变化引起由于季节变化引起。

如果一个随机序列经过个时间间隔后观测数据呈现相似性比如同处于波峰或波谷则我们称该序S 呈现相似性，比如同处于波峰或波谷，则我们称该序列具有以为周期的周期特征，并称其为季节性时S 间序列，为季节长度。

S季节性时间序列存在着规则的周期如果我们把季节性时间序列存在着规则的周期，如果我们把原序列按周期重新排列，即可得到一个所谓的二维表。

对于季节性时间序列按周期进行重新排列是极其有益的不仅有助于考察同周期点的变化情况加有益的，不仅有助于考察同一周期点的变化情况、加深对序列周期性的理解，而且对于形成建模思想和理解季节模型的结构也都是很有帮助的。

影响一个季节性时间序列的因素除了季节因素外❝影响一个季节性时间序列的因素除了季节因素外，往往还存在趋势变动和随机变动等。

t t t tX S T I =++❝研究季节性时间序列的目的，就是分解影响经济指标变动的季节因素、趋势因素和随机因素，从而了解它们对经济的影响。

❝1. 简单季节模型❝2. 乘积季节模型季节性时间序列表现出也就是说时间 同期相关性，也就是说时间相隔为的两个时间点上的随机变量有较强的相关性。

比如对于月度数据S 12比如，对于月度数据则与相关性较强。

我们可以利用这种同期相关性在与之12,S =t X 12t X -t X 12t X -间进行拟合。

简单季节模型通过简单的趋势差分季节差分之通过简单的趋势差分、季节差分之后序列即可转化为平稳，它的模型结构通常表示如下：()(1)(),(*)S S D St tB B X B aΦ-=ΘSAR算子其中为白噪声序列,{}ta2()1,S S S pSB B B BΦ=-Φ-Φ--Φ12212()1.pS S S qSqB B B BΘ=-Θ-Θ--ΘSMA算子称（*）为简单季节模型，或季节性自回归求和移动SARIMA p D q平均模型，简记为模型。

第八章 时间序列分析一、选择题1.设（甲）代表时期数列；（乙）代表时点数列；（丙）代表几何序时平均数；（丁）代表“首末折半法”序时平均数。

现已知1996～2000年某银行的年末存款余额，要求计算各年平均存款余额，需计算的是（ D ）。

A.甲、丙B.乙、丙C.甲、乙D.乙、丁2.某商业集团2000～2001年各季度销售资料如表8—1所示。

表8—1资料中，是总量时期数列的有（ D ）。

A.1、2、3B.1、3、4C.2、4D.1、33.某地区粮食增长量1990～1995年为12万吨，1996～2000年也为12万吨。

那么，1990～2000年期间，该地区粮食环比增长速度（ D ）。

A.逐年上升B.逐年下降C.保持不变D.不能做结论4.利用第2题数据计算零售额移动平均数（简单，4项移动平均），2001年第二季度移动平均数为（ A ）。

A.47.5B.46.5C.49.5D.48.45.利用第3题数据计算2000年商品季平均流转次数（=零售额/库存额）（ C ）。

A.1.885B.1.838C.1.832D.1.829二、判断题1.连续12个月逐期增长量之和等于年距增长量。

（×）2.计算固定资产投资额的年平均发展速度应采用几何平均法。

（×）3.用移动平均法分析企业季度销售额时间序列的长期趋势时，一般应取4项进行移动平均。

（√）4.计算平均发展速度的水平法只适合时点指标时问序列。

（×）5.某公司连续四个季度销售收入增长率分别为9％、12％、20％和18％，其环比增长速度为0.14％。

（×）三、计算题1.某地区“九五”时期国内生产总值资料如表8—2所示。

试计算该地区“九五”时期国内生产总值和各产业产值的平均发展水平。

表8—2 单位：百万元解：国内生产总值和各产业产值均为时期指标，应采用时期指标序时平均数计算公式计算。

计算公式：国内生产总值平均发展水平：第一产业平均发展水平：第二产业平均发展水平：第三产业平均发展水平：2.某企业2000年8月几次员工数变动登记如表8—3所示。

第八章时间序列分析与预测【课时】 6学时【本章内容】§8.1 时间序列的描述性分析时间序列的含义、时间序列的图形描述、时间序列的速度分析§8.2 时间序列及其构成分析时间序列的构成因素、时间序列构成因素的组合模型§ 8.3 时间序列趋势变动分析移动平均法、指数平滑法、模型法§8.4 时间序列季节变动分析原始资料平均法、趋势-循环剔除法、季节变动的调整§8.5 时间序列循环变动分析循环变动及其测定目的、测定方法本章小结【教学目标与要求】1.掌握时间序列的四种速度分析2.掌握时间序列的四种构成因素3.掌握时间序列构成因素的两种常用模型4.掌握测定长期趋势的移动平均法5.了解测定长期趋势的指数平滑法6.掌握测定长期趋势的线性趋势模型法7.了解测定长期趋势的非线性趋势模型法8.掌握分析季节变动的原始资料平均法9.掌握分析季节变动的循环剔出法10.掌握测定循环变动的直接法和剩余法【教学重点与难点】1.对统计数据进行趋势变动分析，利用移动平均法、指数平滑法、线性模型法求得数据的长期趋势；2.对统计数据进行季节变动分析，利用原始资料平均法、趋势－循环剔除法求得数据的季节变动；3.对统计数据进行循环变动分析，利用直接法、剩余法求得循环变动。

【导入】很多社会经济现象总是随着时间的推移不断发展变化，为了探索现象随时间而发展变化的规律，不仅要从静态上分析现象的特征、内部结构以及相互关联的数量关系，而且应着眼于现象随时间演变的过程，从动态上去研究其发展变动的过程和规律。

这时需要一些专门研究按照时间顺序观测的序列数据的统计分析方法，这就是统计学中的时间序列分析。

通过介绍一些时间序列分析的例子，让同学们了解时间序列的应用，并激发学生学习本章知识的兴趣。

1.为了表现中国经济的发展状况，把中国经济发展的数据按年度顺序排列起来，据此来研究。

2.公司对未来的销售量作出预测。

这种预测对公司的生产进度安排、原材料采购、存货策略、资金计划等都至关重要。

第八章时间数列分析一、单项选择题1.时间序列与变量数列（）A都是根据时间顺序排列的B都是根据变量值人小排列的C前者是根据时间顺序排列的，后者是根据变量值人小排列的D前者是根据变量值大小排列的，后者是根据时间顺序排列的C2.时间序列中，数值大小与时间长短有直接关系的是（）A平均数时间序列B时期序列C时点序列D相对数时间序列B3.发展速度属于（）A比例相对数B比较相对数C动态相对数D强度相对数C4.计算发展速度的分母是（）A报告期水平B基期水平C实际水平D计划水平B则该车间上半年的平均人数约为（）A 296 人B 292 人C 295 人D 300 人C6.某地区某年9月末的人口数为150万人，10月末的人口数为150. 2万人，该地区10月的人口平均数为（）A 150万人B 150. 2万人C150. 1万人D无法确定C7.由一个9项的时间序列可以计算的环比发展速度（）A有8个E有9个C有10个D有7个A8.采用几何平均法计算平均发展速度的依据是（）A各年环比发展速度之枳等于总速度B各年坏比发展速度之和等于总速度C各年坏比增长速度之枳等于总速度D各年坏比增长速度之和等于总速度A9.某企业的科技投入，2010年比2005年增长了58. 6%,则该企业2006—2010年间科技投入的平均发展速度为（）A V58.6%B V158.6%C ”58.6%D ”158.6%B10.根据牧区每个月初的牲畜存栏数计算全牧区半年的牲畜平均存栏数，采用的公式是（）A简单平均法B几何平均法C加权序时平均法D首末折半法D11•在测定长期趋势的方法中，可以形成数学模型的是（）A时距扩大法E移动平均法C最小平方法D季节指数法c12.动态数列中，每个指标数值相加有意义的是（）。

A.时期数列B.时点数列C.相对数数列D.平均数数列A13•按几何平均法计算的平均发展速度侧重于考察现象的（）A.期末发展水平B.期初发展水平C.中间各项发展水平D.整个时期各发展水平的总和A14.累计增长量与其相应的各逐期增长量的关系表现为（）A.累计增长量等于相应各逐期增长量之和B.累计增长量等于相应各逐期增长量之差C.累计增长量等于相应各逐期增长量之积D.累计增长量等于相应各逐期增长量之商A15.已知某地区2010年的粮食•产量比2000年增长了1倍，比2005年增长了0. 5倍，那么2005年粮食•产量比2000年增长了（）。