时间序列笔记-季节性ARIMA模型(一)

笔记说明

在datacamp网站上学习“Time Series with R ”track
“ARIMA Modeling with R”课程 做的对应笔记。
学识有限,错误难免,还请不吝赐教。
学习的课程为“ARIMA Modeling with R”,主要用astsa包。
如无特殊说明,笔记中所使用数据均来自datacamp课程
季节性ARMA模型拟分为(一)(二)两部分发布,第一部分主要包括纯季节性模型简单介绍,季节性ARIMA模型简介,季节性ARIMA模型的定阶策略。第二部分主要以实例讲解季节性ARIMA模型的拟合和预测。

纯季节性模型(pure seasonal models)

有些时间序列数据会表现出一定的周期性。有些月度数据,其季节性可以以12个月为一个周期也可能以一个季度为一个周期。
纯季节性模型的数据只与其季节性滞后期的数据相关(is correlated at the seasonal lags only),季节性自回归阶数用P表示,季节性差分阶数用D表示,季节性移动平均阶数用Q表示,另外用S表示季节性周期的长度,常见的有12、4等。
对应的季节性模型表示为为AR(P)_s,MA(Q)_s, ARMA(P,Q)_s
它们的ACF PACF图的特点和之前介绍的非季节性的对应模型类似:

  AR(P)_s MA(Q)_s ARMA(P,Q)_s
ACF 在季节性lag处拖尾 在lag QS处截尾 在季节性lag处拖尾拖尾
PACF 在lag PS处截尾 在季节性lag处拖尾 在季节性lag处拖尾拖尾

纯季节性模型的数据在非季节性lag处自相关系数/偏自相关系数为0

练习中datacamp模拟了250例满足下列纯季节性模型的数据:
X_t=0.9X_{t-12}+W_t+0.5W_{t-12}

这是一个SARMA(P=1,Q=1)_{S=12}模型,时序图和理论上的ACF PACF图长这样:


实际上模拟数据的ACF PACF图则为:

acf2(x, max.lag = 60)

混合季节性模型(mixed seasonal model)

实际中纯季节性模型很少见,更常见的是混合季节性模型。
季节性ARIMA模型可以表示为:ARIMA(p,d,q)(P,D,Q)_S

ARIMA乘积季节模型的定阶

首先对原序列进行平稳化处理,确定d D的阶数。如果对原序列进行了d阶差分和lag为S的D阶差分后序列为平稳序列,则d,D,S的值就可以相应确定了。
之后对平稳化处理后的序列做ACF PACF图以确定剩下参数的值。
在通过ACF PACF图定阶时,需要通过观察季节性lag处的拖尾/截尾情况来确定PQ的值,观察短期非季节性lag处的拖尾/截尾情况来确定pq的值
实际中其实很难通过观察ACF PACF图就能准确定阶,往往结合图像拟合多个模型,通过模型的AIC BIC值以及残差分析结果来选择合适的模型。

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