时间序列分析-第三章-滑动平均模型和自回归滑动平均模型
（转）滑动平均法、滑动平均模型算法（Movingaverage，MA）
（转）滑动平均法、滑动平均模型算法（Movingaverage，MA）原⽂链接：https:///qq_39521554/article/details/79028012什么是移动平均法? 移动平均法是⽤⼀组最近的实际数据值来预测未来⼀期或⼏期内公司产品的需求量、公司产能等的⼀种常⽤⽅法。
移动平均法适⽤于即期预测。
当产品需求既不快速增长也不快速下降，且不存在季节性因素时，移动平均法能有效地消除预测中的随机波动，是⾮常有⽤的。
移动平均法根据预测时使⽤的各元素的权重不同 移动平均法是⼀种简单平滑预测技术，它的基本思想是：根据时间序列资料、逐项推移，依次计算包含⼀定项数的序时平均值，以反映长期趋势的⽅法。
因此，当时间序列的数值由于受周期变动和随机波动的影响，起伏较⼤，不易显⽰出事件的发展趋势时，使⽤移动平均法可以消除这些因素的影响，显⽰出事件的发展⽅向与趋势（即趋势线），然后依趋势线分析预测序列的长期趋势。
移动平均法的种类 移动平均法可以分为：简单移动平均和加权移动平均。
⼀、简单移动平均法 简单移动平均的各元素的权重都相等。
简单的移动平均的计算公式如下： Ft＝（At-1＋At-2＋At-3＋…＋At-n）/n式中， ·Ft–对下⼀期的预测值； ·n–移动平均的时期个数； ·At-1–前期实际值； ·At-2，At-3和At-n分别表⽰前两期、前三期直⾄前n期的实际值。
⼆、加权移动平均法 加权移动平均给固定跨越期限内的每个变量值以不同的权重。
其原理是：历史各期产品需求的数据信息对预测未来期内的需求量的作⽤是不⼀样的。
除了以n为周期的周期性变化外，远离⽬标期的变量值的影响⼒相对较低，故应给予较低的权重。
加权移动平均法的计算公式如下： Ft＝w1At-1＋w2At-2＋w3At-3＋…＋wnAt-n式中， ·w1–第t-1期实际销售额的权重； ·w2–第t-2期实际销售额的权重； ·wn–第t-n期实际销售额的权 ·n–预测的时期数；w1＋ w2＋…＋ wn＝1 在运⽤加权平均法时，权重的选择是⼀个应该注意的问题。
常见时间序列算法模型
常见时间序列算法模型
1. AR模型（自回归模型）：AR模型是一种基本的时间序列模型，它假设当前时刻的观测值与过去时刻的观测值之间存在线性关系。
AR模型根据过去的一系列观测值来预测未来的观测值。
2. MA模型（滑动平均模型）：MA模型也是一种基本的时间序列模型，它假设当前时刻的观测值与过去时刻的误差项之间存在线性关系。
MA模型根据过去的一系列误差项来预测未来的观测值。
3. ARMA模型（自回归滑动平均模型）：ARMA模型结合了AR模型和MA模型的特点，它假设当前时刻的观测值既与过去时刻的观测值有关，又与过去时刻的误差项有关。
ARMA 模型根据过去的观测值和误差项来预测未来的观测值。
4. ARIMA模型（自回归积分滑动平均模型）：ARIMA模型是对ARMA模型的扩展，它引入了差分操作，用来对非平稳时间序列进行平稳化处理。
ARIMA模型根据差分后的时间序列的观测值和误差项来预测未来的观测值。
5. SARIMA模型（季节性自回归积分滑动平均模型）：SARIMA模型是对ARIMA模型的扩展，用于处理具有季节性的时间序列。
SARIMA模型基于季节性差分后的观测值和误差项来预测未来的观测值。
6. LSTM模型（长短期记忆网络）：LSTM模型是一种递归神经网络模型，它通过学习时间序列中的长期依赖关系来进行预测。
LSTM模型能够捕捉到时间序列中的复杂模式，适用于处理非线性和非稳定的时间序列。
以上是几种常见的时间序列算法模型，可以根据具体问题选择合适的模型进行建模和预测。
时间序列分析与ARIMA模型
时间序列分析与ARIMA模型时间序列分析是一种研究时间上连续测量所构成的数据的方法。
它可以用来分析数据中的趋势、周期性和随机性，并预测未来的走势。
ARIMA（自回归滑动平均模型）是时间序列分析中常用的模型之一。
本文将介绍时间序列分析的基本概念以及ARIMA模型的原理和应用。
一、时间序列分析的基本概念时间序列是按照时间顺序排列的一组连续观测数据。
在时间序列分析中，我们常常关注序列中的趋势（trend）、季节性（seasonality）和周期性（cycle）等特征。
趋势是指长期上升或下降的走势；季节性是指数据在相同周期内波动的规律性；周期性是指超过一年的时间内出现的规律性波动。
二、ARIMA模型的原理ARIMA模型是由自回归（AR）和滑动平均（MA）模型组成的。
AR模型用过去的观测值来预测未来的值，滑动平均模型则用过去的噪声来预测未来的值。
ARIMA模型是将这两种模型结合起来，对时间序列进行建模和预测。
ARIMA模型包括三个主要部分：自回归阶数（p）、差分阶数（d）和滑动平均阶数（q）。
p表示模型中的自回归项数目，d表示需要进行的差分次数，q表示模型中的滑动平均项数目。
通过对时间序列的观测值进行差分，ARIMA模型可以将非平稳的序列转化为平稳的序列。
然后，可以通过对平稳序列的自回归和滑动平均建模，预测未来的值。
三、ARIMA模型的应用ARIMA模型在实际应用中被广泛使用。
它可以用于经济学、金融学、气象学等领域中的时间序列预测和分析。
以股票市场为例，投资者可以利用ARIMA模型对历史股价进行分析，预测未来股价的走势。
在气象学中，ARIMA模型可以用于预测未来的天气情况。
除了ARIMA模型，时间序列分析还包括其他模型，如季节性分解、移动平均、指数平滑等。
这些模型都有各自的优点和应用领域。
在实际应用中，根据不同的数据特点和研究目的，选择合适的模型进行分析和预测是十分重要的。
总结时间序列分析和ARIMA模型是研究时间数据的重要方法。
时间序列预测的常用方法与优缺点
时间序列预测的常用方法与优缺点时间序列预测是一种通过分析历史数据来预测未来时间点的方法。
以下是时间序列预测的常用方法及其优缺点：1. 简单移动平均法（Simple Moving Average，SMA）：优点：简单容易理解，适用于稳定的时间序列数据。
缺点：对于包含趋势和季节性的复杂时间序列预测效果不佳。
2. 加权移动平均法（Weighted Moving Average，WMA）：优点：能够适应不同时间点的权重，对周期性变动有较好的适应性。
缺点：需要事先确定权重，对于权重的选择敏感。
3. 简单指数平滑法（Simple Exponential Smoothing，SES）：优点：适用于稳定或平缓变化的时间序列，能够对近期数据产生较大影响。
缺点：对于具有较大的趋势和季节性的时间序列效果不佳。
4. 双指数平滑法（Double Exponential Smoothing，DES）：优点：适用于具有线性趋势的时间序列数据，能够较好地捕捉趋势。
缺点：对于具有季节性的时间序列数据效果不佳。
5. 三指数平滑法（Triple Exponential Smoothing，TES）：优点：适用于具有趋势和季节性的时间序列数据，能够较好地捕捉长期和短期的变化。
缺点：对于数据异常点的敏感度较高。
6. 自回归移动平均模型（Autoregressive Moving Average，ARMA）：优点：适用于具有较长历史数据的时间序列，能够捕捉趋势和周期性变动。
缺点：对于噪声较大的数据拟合效果不佳。
7. 自回归积分滑动平均模型（Autoregressive Integrated Moving Average，ARIMA）：优点：适用于具有趋势和季节性的时间序列，能够捕捉数据的长期和短期变化。
缺点：对于非线性的时间序列预测效果不佳。
8. 长短期记忆神经网络（Long Short-Term Memory，LSTM）：优点：适用于复杂的非线性时间序列预测，能够捕捉长期依赖关系。
Matlab中的时间序列分析方法介绍
Matlab中的时间序列分析方法介绍时间序列分析是一种重要的数据分析技术，它用于研究随时间变化的数据。
在众多数据分析工具中，Matlab是一个强大且广泛使用的软件包。
本文将介绍Matlab中的时间序列分析方法及其应用。
一、时间序列分析概述时间序列分析是研究随时间变化的现象，通过对过去的观测结果进行分析，以预测未来的变化趋势。
在金融、经济学、气象学等领域，时间序列分析都具有重要的应用价值。
Matlab提供了丰富的函数和工具箱，用于执行各种时间序列分析任务。
二、时间序列表示与可视化在进行时间序列分析之前，首先需要了解如何表示和可视化时间序列数据。
在Matlab中，时间序列数据可以是一个矢量、矩阵或表格。
常见的时间序列数据类型包括日期格式、时间戳和时间间隔。
1.日期格式：Matlab中使用datetime数据类型表示日期和时间。
可以使用datetime函数创建日期数组，通过设置日期格式可以灵活地处理不同的时间序列数据。
2.时间戳：时间戳是一种用于表示某个特定时间点的数字形式。
在Matlab中，可以使用datenum函数将日期、时间转换为时间戳，或者使用datestr函数将时间戳转换为可读的日期格式。
3.时间间隔：时间间隔表示两个时间点之间的距离。
在Matlab中，duration函数可以用于表示时间间隔，而days、hours、minutes、seconds等函数则用于执行时间单位之间的转换。
完成时间序列数据的表示之后，可以使用plot函数将数据可视化。
Matlab提供了丰富的绘图函数和选项，可以创建各种类型的图形，如折线图、散点图、柱状图等。
三、时间序列预处理在进行时间序列分析之前，通常需要对数据进行一些预处理操作，以去除噪声、平滑数据、填补缺失值等。
1.噪声去除：时间序列数据常常包含噪声成分，干扰了对数据真实趋势的分析。
Matlab提供了一系列滤波函数，如lowpass、highpass、bandpass等，可以用于去除数据中的噪声成分。
自回归移动平均模型
(1) 自回归模型及其性质
• 定义 • 平稳条件 • 自相关函数 • 偏自相关函数 • 滞后算子形式
① 自回归模型的定义
• 描述序列{xt}某一时刻t和前p个时刻序列 值之间的相互关系 xt 1xt1 2 xt2 p xt p t 随机序列{εt}是白噪声且和前时刻序列xk （k<t ）不相关，称为p阶自回归模型， 记为AR(p)
3 t 3
• 均值
E(t ) 0 E(xt ) 0
成立
• 方差
Var
( xt
)
2
(1
2
4
6
)
(1)t充分大时Var (xt
)
2
1
2
，与t无关
满足这两个
(2) 1时，Var (xt )为有限常数 条件成立
AR(1)平稳的条件
• 自协方差
等,则称xt 为随机过程 当取T为离散集，如T ， 2，1，0，1，2，或 T 1，2，等，则称xt 为随机序列
随机序列的现实
• 对于一个随机序列，一般只能通过记录 或统计得到一个它的样本序列x1,x2,···, xn， 称它为随机序列{xt}的一个现实
• 随机序列的现实是一族非随机的普通数 列
0 1, k k , k 1
自相关函数的估计
T
ˆx
(xt x)(xtk x)
t 1 T
(xt x)2
rˆk rˆ0
t 1
x
1 T
T t 1
xt
平稳序列的判断
时间序列分析-第三章 滑动平均模型和自回归滑动平均模型
2
qk
j0bjbjk,0kq
E(XX ) k
t tk
0,kq
(5)
MA序列的谱密度
定理1.1 MA(q)序列{ X t } 的自协方差函数 是q步截尾的：
q2bq0,k0,|k|q.
并且有谱密度
(1.6)
f() 2 2|B (ei)|22 1 k q qke ik, [ ,]. (1.7)
b1,b2 ,bq(bq0)使得
则称
q
B(z)1 bjzj 0,|z|1, j1
q
Xt t bj tj,tZ
(1.2)
j1
是q阶滑动平均模型，简称为MA(q)模型；
称由(1.2)决定的平均序列 { X t } 是滑动平 均模型，简称为MA(q)序列。
如果进一步要求多项式 B ( z ) 在单位圆周 上也没有零点：B z 0 , 当 | z | 1 ，则称(1.2) 是可逆的MA(q)模型，称相应的平稳时间 序列是可逆的MA(q)序列。
k
2
3
q q1
0 0
0
0
0
1
0
0 qq
k
k 1
,
qk 1
1
c
0
0 q1
1
q
2
q
(1.11)
则有：
其中 b q 1 2(qA C ),20C T C , (1.12)
kl im kk1Tk .
(1.13)
MA(1)序列
可逆MA(1)
X t t b t 1 ,t W N ( 0 ,2 ) ,|b | 1
本章结构
滑动平均模型 ARMA模型
§3.1 滑动平均模型
模型引入 MA(q)和MA(q)序列 最小序列 MA(q)系数的递推计算 MA(q)模型举例
时间序列分析模型
时间序列分析模型时间序列分析模型是一种通过对时间序列数据进行建模和分析的方法，旨在揭示数据中的趋势、季节性、周期和不规则波动等特征，并进行预测和决策。
时间序列分析模型在经济、金融、市场、气象、医学等领域都有广泛的应用。
本文将介绍几种常见的时间序列分析模型。
1. 移动平均模型（MA）移动平均模型是时间序列分析中最简单的模型之一。
它基于一个基本假设，即观察到的时间序列数据是对随机误差的线性组合。
该模型表示为：y_t = c + e_t + θ₁e_(t-1) + θ₂e_(t-2) + … + θ_qe_(t-q)其中，y_t 是观察到的数据，c 是常数，e_t 是随机误差，θ₁，θ₂，…，θ_q 是移动平均项的参数，q 是移动平均项的阶数。
2. 自回归模型（AR）自回归模型是基于一个基本假设，即观察到的时间序列数据是过去若干时间点的线性组合。
自回归模型表示为：y_t = c + ϕ₁y_(t-1) + ϕ₂y_(t-2) + … + ϕ_p y_(t-p) + e_t其中，y_t 是观察到的数据，c 是常数，e_t 是随机误差，ϕ₁，ϕ₂，…，ϕ_p 是自回归项的参数，p 是自回归项的阶数。
3. 自回归移动平均模型（ARMA）自回归移动平均模型将自回归模型和移动平均模型结合在一起，用于处理同时具有自相关和移动平均性质的时间序列数据。
自回归移动平均模型表示为：y_t = c + ϕ₁y_(t-1) + ϕ₂y_(t-2) + … + ϕ_p y_(t-p) + e_t +θ₁e_(t-1) + θ₂e_(t-2) + … + θ_qe_(t-q)其中，y_t 是观察到的数据，c 是常数，e_t 是随机误差，ϕ₁，ϕ₂，…，ϕ_p 是自回归项的参数，θ₁，θ₂，…，θ_q 是移动平均项的参数，p 是自回归项的阶数，q 是移动平均项的阶数。
4. 季节性自回归移动平均模型（SARIMA）季节性自回归移动平均模型是自回归移动平均模型的扩展，用于处理具有季节性和趋势变化的时间序列数据。
arima模型原理详解
arima模型原理详解ARIMA模型（Autoregressive Integrated Moving Average Model）是指自回归滑动平均模型，是一种有效的时间序列分析模型，适用于预测时间序列数据。
ARIMA模型的核心思想是，通过对时间序列数据的分析和拟合，找到一个可以描述数据规律的数学模型，从而实现对未来数据的预测。
其模型的基本包括三个部分：自回归、差分和滑动平均。
自回归（AR）是指当前的数值是由前面值的加权和和随机误差项决定，它是利用时间序列数据的历史信息来预测未来数据。
AR模型可以表示为：Y(t)=β0+β1Y(t-1)+β2Y(t-2)+...+βpY(t-p)+εt。
其中，Y(t)表示时间t的数据值，p为自回归阶数，β0-βp为回归系数，εt为误差项，它们符合一个均值为0，方差为常数的正态分布。
差分（I）是为了消除时间序列数据的非平稳性，使其满足平稳性假设。
平稳性假设是指时间序列数据具有相同的均值和方差，且其自协方差函数只与时间间隔有关，而不与时间本身有关。
差分操作具体表现为：在原始序列上减去前一个值，以此类推，得到的序列就是差分序列。
标准的差分算子是Δ，代表一次差分：I(ΔY(t))=Y(t)-Y(t-1)。
滑动平均（MA）是指当前的数据取决于过去几个时间点的随机误差，也就是当前值等于过去若干个随机误差之和乘以对应的权重系数。
MA模型可以表示为：Y(t)=μ+εt+θ1εt-1+θ2εt-2+...+θqεt-q。
其中，μ为均值，q为滑动平均阶数，θ1-θq为权重系数，εt为随机误差项。
ARIMA模型的总体表达式为：ARIMA(p,d,q)。
其中，p表示自回归阶数，d表示差分阶数，q表示滑动平均阶数。
举例说明，如果一个时间序列需要差分一次才能满足平稳性，需要使用滞后1期的自回归模型和滞后1期的滑动平均模型，则该序列符合ARIMA （1，1，1）模型。
换句话说，ARIMA模型对时间序列数据的处理和建模过程可以总结为：首先对原始序列进行差分或取对数等处理，使其满足平稳性假设；然后，通过对处理后的序列拟合自回归、滑动平均模型，完成时间序列的预测。
时间序列分析中的ARIMA算法介绍及应用案例分析
时间序列分析中的ARIMA算法介绍及应用案例分析时间序列分析是一种从历史数据中提取信息并预测未来趋势的方法，它在金融、经济、气象等领域有广泛的应用。
而ARIMA模型则是时间序列分析中最常用的一种模型。
本文将介绍ARIMA模型的原理及应用案例。
一、ARIMA模型的原理ARIMA模型全称为AutoRegressive Integrated Moving Average Model，即自回归积分滑动平均模型。
它是一种将自回归模型和滑动平均模型结合在一起的时间序列模型，用于对非平稳时间序列进行建模和预测。
ARIMA模型可以表示为ARIMA(p, d, q)，其中p表示自回归项数，d表示差分次数，q表示滑动平均项数。
如果时间序列是平稳的，可以使用ARMA模型，而非平稳时间序列则需要使用ARIMA模型。
ARIMA模型的建立一般有三个步骤：确定阶数，估计系数，检验模型。
首先，我们需要通过观察时间序列的自相关图和偏自相关图来确定p和q的值。
自相关图可以反映时间序列的自相关性，即同一时间点前后的样本值之间的相关性。
而偏自相关图是指当与其他滞后时期的影响被移除后，两个时期之间的相关性。
如图1所示：图1 自相关图和偏自相关图在确定p和q的值之后，我们需要进行差分运算，将非平稳序列转换为平稳序列，以确保ARIMA模型的有效性。
当d=1 时，表示进行一次一阶差分运算，将原来时间序列的差分序列变为平稳序列。
当然也有可能需要进行多阶差分。
最后，我们需要通过最大似然估计法或最小二乘法来估计ARIMA模型的系数，进而用模型进行预测。
二、ARIMA模型的应用案例为了更好地理解ARIMA模型的应用，我们可以通过一个实际案例来进行分析。
案例：某导购商城每天的销售额某月份的数据如下：日期销售额（万元）2020-06-01 1022020-06-02 892020-06-03 772020-06-04 622020-06-05 812020-06-06 932020-06-07 1042020-06-08 982020-06-09 762020-06-10 702020-06-11 672020-06-12 932020-06-13 93 2020-06-14 111 2020-06-15 93 2020-06-16 77 2020-06-17 72 2020-06-18 56 2020-06-19 81 2020-06-20 99 2020-06-21 110 2020-06-22 104 2020-06-23 81 2020-06-24 75 2020-06-25 59 2020-06-26 84 2020-06-27 95 2020-06-28 112 2020-06-29 92 2020-06-30 77通过观察时间序列的图像，我们可以看出该序列的趋势、季节性和噪声。
时间序列大数据分析方法
时间序列大数据分析方法时间序列大数据分析方法是指通过运用统计学和机器学习等技术，对大规模时间序列数据进行深入分析和挖掘，以揭示其中的规律和趋势，提供决策支持和预测预警能力。
本文将介绍几种常用的时间序列大数据分析方法。
一、ARIMA模型ARIMA模型（自回归滑动平均模型，Autoregressive Integrated Moving Average Model）是一种经典的时间序列分析方法。
它是将时间序列数据转化为平稳序列，然后通过自相关和偏自相关函数来确定ARIMA模型的参数，最终通过模型预测得到未来一段时间的数值。
二、神经网络模型神经网络模型在近年来得到广泛应用，尤其是在大数据分析领域。
基于神经网络的时间序列分析方法包括BP神经网络、CNN神经网络以及LSTM神经网络等。
这些模型能够通过学习历史数据的模式和规律来预测未来的数值，并且具有较强的非线性建模能力。
三、SARIMA模型SARIMA模型（季节性自回归滑动平均模型，Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average Model）是ARIMA模型的扩展，主要针对具有季节性特征的时间序列数据。
该模型包括季节性差分和季节性ARIMA模型，通过对季节性和非季节性因素的建模，能够更准确地预测季节性时间序列数据。
四、傅里叶分析傅里叶分析是一种广泛使用的频谱分析方法。
它通过将时域信号转化为频域信号，分析各个频率分量的强度和变化情况，从而找出时间序列的周期性和趋势。
傅里叶分析在挖掘时间序列数据中存在的周期模式和频率特征方面具有独特优势。
五、灰色系统理论灰色系统理论是一种基于非线性建模的时间序列分析方法。
它通过构建灰色模型来描述时间序列数据的发展规律，包括GM(1,1)模型和GM(2,1)模型。
灰色系统理论不需要过多的历史数据，适用于样本量较小或者数据缺失的情况。
六、深度学习方法随着深度学习技术的快速发展，深度学习方法在时间序列分析中也得到了应用。
自回归滑动平均模型
可编辑ppt
4
例 3.1 考虑 MA(1) 模型Yt
Zt
1Zt
。它的相关函数满足
1
1,
k 0,
Y (k)
1 (1
2 1
),
0,
k 1, 其它.
考虑另一个 MA(1) 模型
1
Xt Zt
Zt 1
1
那么有 X (k) Y (k) 。
{ X t } 和 {Yt } 二者具有相同的协方差函数。那么 { X t } 和 {Yt } 二者谁
(i) 对于所有的t ，Yt 满足(3.4)；
(ii) EYt 0 ， varYt 2 (1 2) ；
(iii)
cov(Yt ,Yt k ) cov
jZt j ,
Zl tkl
j0
l0
2
2j k
j0
2 k (1 2) 。
因此，这个新定义的{Yt}是平稳的并且问题 1 的答案是存在
平稳 AR(1)过程{Yt}满足(3.4)。
k
Yt
iZt i
i0
Y k 1 t k1
·暂假定 1。既然{Yt}是平稳的，那么对于所有的 t ， EYt2 常量 。
特别地，命 Yt 2 EYt2 ，则我们有：当 k
时，
2 k
Yt
jZt j
j0
Y 2k 2
2
t k1
0
因此依 L2 ，Yt
。 Zj
j0
tj
可编辑ppt
10
对于这个新定义的过程Yt
j 0 jZt j ，我们有如下性质：
更可取呢？
可编辑ppt
5
为了回答这个问题，倒过头来将{Zt } 用数据来表示。对于数据集{Yt } ，残差 {Z t } 可以写为
滑动平均模型
k
rk r0
1k1 2 k2 p k p
AR(p)的自相关函数
k
rk r0
1k1 2 k2 p k p
k k , 0 1
耶尔-瓦克尔(Yule-Walker)方程
1 1 2 1 p p1 2 11 2 p p2
rt,s rs,t
rt,t Var (xt )
时间序列的统计性质
• 自相关函数
t,s
rt , s rtt rss
t,s s,t
t,t 1
2. 平稳时间序列
• 所谓平稳时间序列是指时间序列
{xt, t=0,±1,±2,···}
对任意整数t， Ex2 ，且满足以下条件： t 1) 对任意t，均值恒为常数 Ext (与t无关的常数 )
p 1 p1 2 p2 p
对一个自回归序列求ˆ ，ˆ ，
1
2
假设p 1，得ˆ ˆ ，记ˆ
1
1
1
1
假设p 2，得ˆ ,ˆ，如果ˆ 不显著为零，记ˆ
12
2
2
2
序列 ， ， ，称为偏自相关函数
1
2
3
对于p阶自回归模型，当j p时，a 0 j
Ext (1xtk1 x2 tk2 xp tk p tk ) Ext1xtk1 Ext2 xtk2 Ext p xtk p 1 rk1 2rk2 prk p
两边同除以r0 • 自相关函数
举例
ρk 1
yt 2 0.9 yt1 t
k 0.9k
0
机器学习模型的时间序列预测方法
机器学习模型的时间序列预测方法时间序列预测是机器学习领域的一个重要任务，它涉及到对未来时间点的数值或趋势进行预测。
在过去几年中，时间序列预测方法在许多领域都取得了巨大的成功，如经济学、金融学、交通预测等。
在机器学习中，有许多方法可以用于时间序列预测。
以下将介绍几种常见的时间序列预测方法：1.自回归移动平均模型（ARMA）自回归移动平均模型是一种基本的时间序列预测方法。
该模型基于时间序列观测值之间的自相关关系和滑动平均关系，通过选择适当的自回归和移动平均项来建模和预测时间序列。
ARMA模型在具有平稳的时间序列数据上表现良好，但对于非平稳的时间序列数据，可以通过差分操作将其转化为平稳序列。
2.自回归积分滑动平均模型（ARIMA）自回归积分滑动平均模型是ARMA模型的扩展形式，它引入了时间序列数据的差分操作。
ARIMA模型通过将非平稳时间序列数据转化为平稳序列来建模和预测数据。
ARIMA模型常用于具有明显趋势和季节性的时间序列数据。
3.季节性自回归积分滑动平均模型（SARIMA）SARIMA模型是ARIMA模型的季节性扩展，在建模和预测时间序列数据时考虑了季节性变化。
SARIMA模型可以对具有明显季节性和趋势的时间序列进行有效建模和预测。
4.长短期记忆神经网络（LSTM）LSTM是一种循环神经网络（RNN）的变体，它能够对长期依赖关系进行建模。
LSTM模型在处理时间序列预测任务时具有良好的性能，特别是对于长序列和复杂模式的数据。
LSTM模型可以处理非线性关系和非平稳时间序列数据。
5.卷积神经网络（CNN）卷积神经网络在图像处理领域广泛应用，但其也可以用于时间序列预测。
CNN模型可以提取时间序列中的局部特征，并通过多层卷积和池化操作来学习和预测序列中的全局模式。
CNN模型适用于具有平稳特征的时间序列数据。
6.递归神经网络（RNN）递归神经网络是一种能够对序列数据进行建模的神经网络。
RNN模型通过对序列中的每个时间步进行循环计算，传递信息和上下文，从而建立对序列的理解和预测。
工业大数据时序序列建模与分析
工业大数据时序序列建模与分析随着工业生产的不断发展，大数据时代的到来，数据成为企业竞争的核心要素。
在工业领域中，工业大数据的应用已经成为改善生产效率，提高产品品质，降低生产成本等诸多方面的关键技术。
工业大数据中的时序序列数据是工业领域中最为常见的数据类型之一，如工业传感器数据，机台产量数据等。
对时序序列数据进行建模和分析可以帮助企业更好地发现数据中蕴含的信息，为工业生产提供更加精确和高效的解决方案。
1. 时序序列数据的特点时序数据是指一组按照时间先后排列的数据序列。
在工业生产中，往往需要记录一些关键性指标或传感器的读数值，在不同的时间点上对这些数据进行采集。
时序序列数据的特点主要表现在以下几个方面：1) 序列依据时间顺序排列，时序数据中每个数据点的时间戳是不可忽略的。
2) 每个数据点都是具有特定时间戳的数值，时间戳与数据值是一一对应的关系。
3) 每个数据点与其前后时间点的数值存在一定的相关性与关联关系。
2. 时序序列数据建模时序序列数据建模是对时序序列数据进行描述和分析的过程。
其目的是通过构建数学模型，对时序数据的特征进行描述和分析，实现对数据的量化分析和预测。
2.1 平稳性检验平稳是指一种统计数据序列的特性，即序列的均值与方差不随时间的变化而改变。
可以通过自相关函数和偏自相关函数图来初步判断数据的平稳性。
如果这些函数图中的时间序列随着时间的推移而减少到零，那么时间序列可以被认为是平稳的。
2.2 时间序列分析时间序列分析是指通过观察和研究时间序列数据本身的规律性以及与时间相关的因素，预测未来的数值。
时间序列模型可以分为自回归模型(AR)，滑动平均模型(MA)和自回归滑动平均模型(ARMA)三种。
2.2.1 自回归模型自回归模型(AR)是指利用过去的数值进行回归预测。
AR模型针对时间序列自身的相关性建模，其中的每个值取决于同一序列的前几个值。
2.2.2 滑动平均模型滑动平均模型(MA)是指利用过去的误差进行预测。
arma模型的数学表达式
arma模型的数学表达式摘要：一、arma模型的简介- 自回归滑动平均模型(ARMA)的概念- ARMA模型在时间序列分析中的应用二、arma模型的数学表达式- ARMA模型的数学定义- 典型ARMA模型的数学表达式三、arma模型的性质与特点- ARMA模型的稳定性- ARMA模型的自相关函数和偏自相关函数四、arma模型的参数估计与预测- 矩估计方法- 极大似然估计方法- ARMA模型的预测方法正文：一、ARMA模型的简介自回归滑动平均模型，简称ARMA模型，是一种常用的时间序列分析模型。
它由自回归模型(AR)和滑动平均模型(MA)组合而成，能够同时考虑时间序列的自相关性和滑动平均性。
ARMA模型广泛应用于经济学、金融学、气象学等领域，用于预测和分析具有线性趋势的时间序列数据。
二、ARMA模型的数学表达式ARMA模型的数学定义如下：Y_t = c + Φ1Y_(t-1) + Φ2Y_(t-2) + ...+ Φpy_(t-p) + θ1X_(t-1) +θ2X_(t-2) + ...+ θqx_(t-q) + ε_t其中，Y_t表示需要分析的时间序列数据，c为常数项，Φi和θj为自回归和滑动平均系数，p和q分别为自回归和滑动平均的阶数，X_t为解释变量，ε_t为误差项。
典型的ARMA模型有：- AR(p)模型：当q=0时，ARMA模型退化为自回归模型。
- MA(q)模型：当p=0时，ARMA模型退化为滑动平均模型。
- ARMA(p,q)模型：当p≠0且q≠0时，为一般ARMA模型。
三、ARMA模型的性质与特点ARMA模型的稳定性主要取决于其系数Φ和θ的取值。
当|Φ(1+jω)|<1和|θ(1+jω)|<1时，ARMA模型是稳定的。
此外，ARMA模型的自相关函数(ACF)和偏自相关函数(PACF)可以用来分析时间序列的序列相关性和平均相关性。
四、ARMA模型的参数估计与预测ARMA模型的参数估计方法有矩估计和极大似然估计。
时间序列Eviews自回归模型,滑动平均模型
1用Eviews画自回归模型AR(p)AR(1)AR(2)
2用Eviews画滑动平均模型MA(q)MA(1) MA(2)
3用Eviews画自回归滑动平均模型ARMA(p,q)ARMA(1) ARMA(2)
由于自回归模型，它需要计算前两项，所以前两项要去掉，要不然从0开始算误差很大（2自回归模型是在原来的基础上的第三项开始算，它的式子决定了它的样子）。
简单地说就是几阶自回归模型就去掉前面几个数。
需要把x选择后才能进行下一步计算。
样本不要选全部，只选51到350，因为前面是从0开始的，误差比较大，所以去掉前50项。
都选默认值
点OK就出来了图，由于有白噪声的存在，每次出现的图不一样。
接着是ＭＡ（2）
注意符号，ＭＡ模型除了最开始的一项，后面的都是负数，而且也加注意取值范围
ARMA（1，1）也是如此
复制的时候直接右键copy就行，不用截图。
时间序列分析中的自回归移动平均模型研究论文素材
时间序列分析中的自回归移动平均模型研究论文素材自回归移动平均模型（ARMA）是一种常用的时间序列分析方法，被广泛应用于经济、金融和社会科学等领域。
本文旨在探讨ARMA模型的研究素材，包括相关理论、应用案例和计算方法等方面的内容。
以下是对ARMA模型的研究素材的详细讨论。
一、ARMA模型的理论基础ARMA模型是自回归模型（AR）和移动平均模型（MA）的结合，它基于两个主要的假设：一是时间序列的值与过去的值相关，即自回归项；二是时间序列的值与随机误差项相关，即移动平均项。
ARMA 模型的数学表达式可表示为：\[Y_t = c + \varphi_1Y_{t-1} + \varphi_2Y_{t-2} + \ldots +\varphi_pY_{t-p} + \varepsilon_t - \theta_1\varepsilon_{t-1} -\theta_2\varepsilon_{t-2} - \ldots - \theta_q\varepsilon_{t-q}\]其中，\(Y_t\)表示时间序列的值，\(c\)表示截距，\(\varphi_i\)和\(\theta_i\)表示自回归系数和移动平均系数，\(\varepsilon_t\)表示白噪声误差项。
二、ARMA模型的应用案例ARMA模型在实际应用中具有广泛的用途。
以下是一些典型的ARMA模型应用案例：1. 股票价格预测ARMA模型可以用于预测股票价格的走势。
通过对历史股票价格数据进行ARMA模型的参数估计，可以预测未来一段时间内的股票价格变化趋势，为投资者提供决策参考。
2. 经济数据分析ARMA模型可以用于分析经济数据的周期性和趋势性。
通过对经济指标的ARMA建模，可以揭示经济变量之间的关系，为宏观经济政策的制定提供依据。
3. 疫情传播模型ARMA模型可以用于建立疫情传播模型，对疫情的发展趋势进行预测。
通过对病例数、传染率等数据进行ARMA建模，可以评估疫情的爆发和扩散情况，为疫情防控提供科学依据。
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滑动平均模型与 自回归滑动平均模型
本章结构
滑动平均模型 ARMA模型
§3.1 滑动平均模型
模型引入 MA(q)和MA(q)序列 最小序列 MA(q)系数的递推计算 MA(q)模型举例
q步相关
平稳序列{Xt}的自协方差函数若满足 q 0， k 0, k q ，则称{Xt} 是q步相关的。
(1.5)
MA序列的谱密度
定理1.1 MA(q)序列{Xt}的自协方差函数 是q步截尾的：
q 2bq 0, k 0,| k | q.
并且有谱密度
(1.6)
(1.7) f
()
2 2
|
B(ei ) |2
1
2
q
keik , [ , ].
k q
MA(q)序列的充要条件
定理1.3 设零均值平稳序列{Xt} 有自协
0 2 (1 b12 b22 ) 7.4084 1 2 (b1 b1b2 ) 2.664 2 2b2 3.4 k 0, k 2
(1, 2 ) (0.3596, 0.4589).
§3.2自回归滑动平均模型
ARMA(p,q)模型及其平稳解 ARMA(p,q)序列的自协方差函数 ARMA(p,q)模型的可识别性 ARMA序列的谱密度和可逆性 例子
定义1.1 设{t }是 WN(0, 2) ，如果实数
b1, b2 , bq (bq 0) 使得
则称
q
B(z) 1 bj z j 0,| z | 1, j 1
q
X t t bjt j , t Z
(1.2)
j 1
是q阶滑动平均模型，简称为MA(q)模型；
称由(1.2)决定的平均序列 {Xt} 是滑动平 均模型，简称为MA(q)序列。
滑动平均模型的例子
每隔两小时记录的化学反应数据时间序 列{Xt ,t 1, 2, 197}。
一阶差分得
yt xt xt1,t 2, ,197
{yt}的样本自相关系数列呈现截尾性。
可以拟合
^
Yt t b t1, t Z
模型特点是k } 1步截尾
(1.1)
MA(q)模型和MA(q)序列
方差函数{ k} ，则{Xt} 是MA(q)序列的充 分必要是
q 0, k 0,| k | q.
引理1.2
引理1.2 设实常数{c j} 使得 cq 0和
g()
1
2
q
c jeij
jq
0, [ , ].
则有唯一的实系数多项式：
q
B(z) 1 bj z j 0,| z | 1, bq 0.
MA(2)序列
可逆MA(2)
X t t b1t1 b2t2 , t Z
B(z) 1 b1z b2z 0,| z | 1.
可逆域：
{(b1,b2 ) : B(z) 0,| z | 1} {(b1, b2 ) : b2 b1 1,| b2 | 1}
自协方差
0 2 (1 b12 b22 ), 2 2b2
B1(z) j z j ,| z | 1 ( 0) j0
所以 t B1() X t j X t j j0
(1.4)
MA序列的自协方差函数
记 b0 1 ，则对MA(q)序列有 EXt 0 ，
2
qk
j0 bjbjk ,0k q
E(X X ) k
t tk
0, k q
自协方差和自相关
0 1
2 (1 2b
b2
)
k 0, k 2
1
b 1 b2
k 0, k 2
谱密度
f () 2 |1 bei |2 2 (1 b2 2b cos ), [ , ]
2
2
偏相关系数不截尾：
逆表示
ak ,k
(b)k (1 b2 ) (1 b2k2 )
,k
1
t (b) j X t j j0
如果进一步要求多项式 B(z) 在单位圆周 上也没有零点：Bz 0, 当 | z |1 ，则称(1.2) 是可逆的MA(q)模型，称相应的平稳时间 序列是可逆的MA(q)序列。
MA的特征
用推移算子把模型写为
Xt B()t , t Z
(1.3)
对于可逆MA，B1(z) 有Taylor 展式
单位圆上可能有根的一般情况可以用 hilbert空间预测的方法证明。
MA(q)系数的计算
MA(q)序列的系数 (b1,b2, ,bq )及 2可以被
数 0 ,1, , q 唯一确定。 可以用文献 [5]方法计算模型参数。
MA(q)系数的计算
记
0 1 0
0
0
1
A
0Байду номын сангаас
0
0
0 0 0
1 2
ARMA模型
定义2.1 设{t}是WN (0, 2 ) 。实系数多项 式 A(z) 和B(z) 没有公共根。满足
b0 1, apbq 0
以及：
p
A(z) 1 a j z j 0,| z | 1, j 1
q
B(z) bj z j 0,| z | 1, j0
(2.1)
就称差分方程：
自相关系数
1 2 (b1 b1b2 ), k 0, k 2
1
1
b1 b12
b1b2 b22
, 2
1
b2 b12
b22
, k
0, k
2.
谱密度
f
()
2 2
|1 b1ei
b2ei2
|2
MA(2)序列的实际例子
MA(2)的实际例子：
Xt t 0.36t1 0.85t2
特征根为 1.084652ei1.374297 。
使得
j 1
g() 2 | B(ei ) |2 . 2
(1.8)
这里 2 为某个正常数。(注：cj c j )
定理1.3的证明
由自协方差绝对可和时谱密度公式得
f
()
1
2
q
k eik
k q
由引理，
f () 2 | B(ei ) |2 . 2
B(z) 单位圆内没有根
如果 B(z) 在单位圆上都没有根，则可定 义 t B1()X1 ，用线性滤波的谱密度公式 可得{t} 的谱密度是白噪声谱密度。
k
2
3
q q1
0 0
0
0
0 1
0
0
k
k 1
,
qk1
1
c
0
0 q1
1
q
2
q
(1.11)
则有：
其中
bq
1
2
(
q
AC), 2 0 CT C,
(1.12)
lim
k
k k1Tk
.
(1.13)
MA(1)序列
可逆MA(1)
X t t bt1,t WN (0, 2 ),| b | 1