应用时间序列分析-时间序列的预处理
Eviews应用时间序列分析实验手册
应用时间序列分析实验手册目录目录 (2)第二章时间序列的预处理 (3)一、平稳性检验 (3)二、纯随机性检验 (9)第三章平稳时间序列建模实验教程 (10)一、模型识别 (10)二、模型参数估计（如何判断拟合的模型以及结果写法） (14)三、模型的显著性检验 (17)四、模型优化 (18)第四章非平稳时间序列的确定性分析 (19)一、趋势分析 (19)二、季节效应分析 (34)三、综合分析 (38)第五章非平稳序列的随机分析 (44)一、差分法提取确定性信息 (44)二、ARIMA模型 (57)三、季节模型 (62)第二章时间序列的预处理一、平稳性检验时序图检验和自相关图检验（一）时序图检验根据平稳时间序列均值、方差为常数的性质，平稳序列的时序图应该显示出该序列始终在一个常数值附近随机波动，而且波动的范围有界、无明显趋势及周期特征例2.1检验1964年——1999年中国纱年产量序列的平稳性1.在Eviews软件中打开案例数据图1：打开外来数据图2：打开数据文件夹中案例数据文件夹中数据文件中序列的名称可以在打开的时候输入，或者在打开的数据中输入图3：打开过程中给序列命名图4：打开数据2.绘制时序图可以如下图所示选择序列然后点Quick选择Scatter或者XYline；绘制好后可以双击图片对其进行修饰，如颜色、线条、点等图1：绘制散点图图2：年份和产出的散点图图3：年份和产出的散点图（二）自相关图检验 例2.3导入数据，方式同上；在Quick 菜单下选择自相关图，对Qiwen 原列进行分析；可以看出自相关系数始终在零周围波动，判定该序列为平稳时间序列。
图1：序列的相关分析图2：输入序列名称图2：选择相关分析的对象图3：序列的相关分析结果:1. 可以看出自相关系数始终在零周围波动，判定该序列为平稳时间序列2.看Q统计量的P值：该统计量的原假设为X的1期，2期……k期的自相关系数均等于0，备择假设为自相关系数中至少有一个不等于0，因此如图知，该P值都>5%的显著性水平,所以接受原假设,即序列是纯随机序列,即白噪声序列(因为序列值之间彼此之间没有任何关联,所以说过去的行为对将来的发展没有丝毫影响,因此为纯随机序列,即白噪声序列.) 有的题目平稳性描述可以模仿书本33页最后一段.（三）平稳性检验还可以用：单位根检验：ADF,PP检验等；非参数检验：游程检验图1：序列的单位根检验表示不包含截距项图2：单位根检验的方法选择图3：ADF检验的结果：如图，单位根统计量ADF=-0.016384都大于EVIEWS给出的显著性水平1%-10%的ADF临界值，所以接受原假设，该序列是非平稳的。
《时间序列分析》第二章 时间序列预处理习题解答
《时间序列分析》习题解答�0�2习题2.3�0�21考虑时间序列12345…201判断该时间序列是否平稳2计算该序列的样本自相关系数kρ∧k12… 6 3绘制该样本自相关图并解释该图形. �0�2解1根据时序图可以看出该时间序列有明显的递增趋势所以它一定不是平稳序列�0�2即可判断该时间序是非平稳序列其时序图程序见后。
�0�2 时间序描述程序data example1 input number timeintnxyear01jan1980d _n_-1 format time date. cards 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 proc gplot dataexample1 plot numbertime1 symbol1 cblack vstar ijoin run�0�2�0�2�0�22当延迟期数即k本题取值1 2 3 4 5 6远小于样本容量n本题为20时自相关系数kρ∧计算公式为number1234567891011121314151617181920time01JAN8001J AN8101JAN8201JAN8301JAN8401JAN8501JAN8601JAN870 1JAN8801JAN8901JAN9001JAN9101JAN9201JAN9301JAN9 401JAN9501JAN9601JAN9701JAN9801JAN99121nkttktknttX XXXXXρ�6�1∧�6�1�6�1≈�6�1∑∑ 0kn4.9895�0�2注20.05125.226χ接受原假设认为该序列为纯随机序列。
�0�2解法三、Q统计量法计算Q统计量即12214.57kkQnρ∑�0�2�0�2�0�2�0�2�0�2�0�2�0�2�0�2�0�2�0�2查表得210.051221.0261χ�6�1由于Q统计量值4.57Q小于查表临界值即可认为接受原假设即该序列可视为纯随机序列为白噪声序列 5表2——9数据是某公司在2000——2003年期间每月的销售量。
王燕-应用时间序列分析
宽平稳
平稳时间序列的统计定义
满足如下条件的序列称为严平稳序列
正整数m, t1 , t 2 , , t m T， 正整数， 有
Ft1 ,t 2 t m ( x1 , x 2 , , x m ) Ft1 ,t 2 t m ( x1 , x 2 , , x m )
推荐软件——SAS
第二章
时间序列的预处理
本章结构
平稳性检验 纯随机性检验
2.1平稳性检验
特征统计量 平稳时间序列的定义 平稳时间序列的统计性质 平稳时间序列的意义 平稳性的检验
概率分布
概率分布的意义
随机变量族的统计特性完全由它们的联合分布函数 或联合密度函数决定
G.U.Yule
1927年，AR模型 1931年，MA模型，ARMA模型
G.T.Walker
核心阶段
G.E.P.Box和 G.M.Jenkins
1970年，出版《Time Series Analysis Forecasting and Control》 提出ARIMA模型（Box—Jenkins 模型） Box—Jenkins模型实际上是主要运用于单变 量、同方差场合的线性模型
描述性时序分析案例
德国业余天文学家施瓦尔发现太阳黑子的活动具有11年左右的周期
统计时序分析
频域分析方法 时域分析方法
频域分析方法
原理
假设任何一种无趋势的时间序列都可以分解成若干不同频率 的周期波动 早期的频域分析方法借助富里埃分析从频率的角度揭示时间 序列的规律 后来借助了傅里叶变换，用正弦、余弦项之和来逼近某个函 数 20世纪60年代，引入最大熵谱估计理论，进入现代谱分析阶 段 非常有用的动态数据分析方法，但是由于分析方法复杂，结 果抽象，有一定的使用局限性
如何进行时间序列数据处理(二)
时间序列数据处理是一项重要的数据分析方法，它在各个领域都有广泛的应用。
通过对时间序列数据的处理，我们可以揭示出数据背后的趋势、周期和季节性等规律，从而为决策提供有力的支持。
下面将从数据预处理、趋势分析、周期分析和季节性分析四个方面来讨论如何进行时间序列数据处理。
一、数据预处理在进行时间序列数据处理之前，我们首先需要对数据进行预处理，以确保数据质量和完整性。
数据预处理的主要步骤包括数据清洗、数据平滑、缺失值处理和异常值处理。
数据清洗是指对原始数据进行去噪和去除异常值等处理，以消除数据中的噪声干扰。
数据平滑是指对数据进行平滑处理，以减少数据的波动性，使数据更加稳定。
缺失值处理是指对数据中的缺失值进行填补或删除，以确保数据的完整性。
异常值处理是指对数据中的异常值进行识别和处理，以排除异常数据对分析结果的干扰。
二、趋势分析趋势分析是指对时间序列数据的长期变化态势进行分析和预测。
通过趋势分析，我们可以揭示数据背后的基本发展趋势和方向。
常用的趋势分析方法包括移动平均法、指数平滑法和回归分析法等。
移动平均法是一种比较简单的趋势分析方法，它通过计算数据的平均值来剔除数据中的随机波动，从而揭示出数据的长期变化趋势。
指数平滑法是一种更为灵活和敏感的趋势分析方法，它通过对数据进行加权平均来揭示出数据的长期变化趋势。
回归分析法是一种基于数学模型的趋势分析方法，它通过建立变量之间的函数关系来描述数据的长期变化趋势。
三、周期分析周期分析是指对时间序列数据中周期性变动的规律性进行分析和预测。
通过周期分析，我们可以揭示数据背后的周期性波动和变动周期。
常用的周期分析方法包括傅里叶分析法、小波分析法和自相关分析法等。
傅里叶分析法是一种基于频谱分析的周期分析方法，它通过将时间序列数据转换到频域上进行分析，从而揭示出数据的周期性波动。
小波分析法是一种更为细致和精确的周期分析方法，它通过将时间序列数据分解为多个频率组成的子序列来揭示数据的周期性波动。
应用时间序列分析时间序列分析简介
关键阶段
和 G.M.Jenkins
1970年，出版《Time Series Analysis Forecasting and Control》
提出ARIMA模型（Box—Jenkins 模型） Box—Jenkins模型实际上是主要利用于单
变量、同方差场合旳线性模型
常用软件
S-plus，Matlab，Gauss，TSP，Eviews, Spss 和SAS
推荐软件——SAS
在SAS系统中有一种专门进行计量经济与时间序列 分析旳模块：SAS/ETS。SAS/ETS编程语言简洁， 输出功能强大，分析成果精确，是进行时间序列分 析与预测旳理想旳软件
因为SAS系统具有全球一流旳数据仓库功能，所以 在进行海量数据旳时间序列分析时它具有其他统计 软件无可比拟旳优势
事件旳发展一般都具有一定旳惯性，这种惯性用统 计旳语言来描述就是序列值之间存在着一定旳有关 关系，这种有关关系一般具有某种统计规律。
目旳
寻找出序列值之间有关关系旳统计规律，并拟合出 合适旳数学模型来描述这种规律，进而利用这个拟 合模型预测序列将来旳走势
特点
理论基础扎实，操作环节规范，分析成果易于解释， 是时间序列分析旳主流措施
x1, x2 , , xn
随机序列和观察值序列旳关系
观察值序列是随机序列旳一种实现 我们研究旳目旳是想揭示随机时序旳性质 实现旳手段都是经过观察值序列旳性质进行推断
1.3 时间序列分析措施
描述性时序分析
统计时序分析
描述性时序分析（直接观察分析法）
经过直观旳数据比较或绘图观察，寻找 序列中蕴含旳发展规律，这种分析措施 就称为描述性时序分析
描述性时序分析措施具有操作简朴、直 观有效旳特点，它一般是人们进行统计 时序分析旳第一步。
《应用时间序列分析》教学大纲
《应用时间序列分析》课程教学大纲课程代码：090541040课程英文名称：Applied Time Series Analysis课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0适用专业：应用统计学专业大纲编写时间： 2017.6一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是应用统计学专业的一门专业必修课。
时间序列分析是应用统计学业的一个重要分支，是利用随机方法分析随机时间变化的随机数据序列的统计规律性，其内容包括构建模型，参数估计及最佳预测与控制等。
时间序列分析在经济学、社会科学领域以及自然科学领域均得到了十分广泛的和。
课程是为使学生掌握时间序列分析的基本知识和基本方法，培养学生运用时间序列分析的知识和方法来分析、拟合及预报时间序列的基本能力，并为实际问题的解决提供有效的方法。
学好时间序列分析已成为对统计学专业本科生的基本要求，同时也将为学生后续的学习与实践打下重要的基础。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1．基本知识：掌握时间序列分析的基本原理，基本模型。
2．基本方法：利用时间序列的基本原理和模型，分析的基本方法。
3．基本技能：要求学生能在真实案例中了解时间序列分析的常用软件。
（三）实施说明1．教学方法：为了从统计学的整体上更好地认识和把握时间序列分析的基本原理、主要方法、应用技术和重要意义，教学中应注意思想方法的解释和学生基础情况的把握，处理好抽象与具体，收集与整理、描述与数据分析，理论与实践的关系。
采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性，培养学生的创新能力。
2．教学手段：本课程从技术与应用出发，在教学中采用CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。
（四）对先修课的要求本课的先修课程：概率论与数理统计。
要求学生取得概率论与数理统计课程学分。
利用Matlab进行时间序列分析和预测
利用Matlab进行时间序列分析和预测时间序列分析和预测是一种重要的数据分析方法，它可以帮助我们了解数据的变化规律和趋势，并根据过去的观察值来预测未来的趋势。
其中，Matlab是一个功能强大的数据分析和计算工具，被广泛应用于时间序列分析和预测的实践中。
本文将介绍如何利用Matlab进行时间序列分析和预测，并分享一些实用的技巧和方法。
1. 数据准备在进行时间序列分析和预测之前，首先需要准备好相关的数据。
可以通过各种方式获取数据，比如从数据库中提取、通过网络爬虫抓取等。
将数据导入Matlab 环境后，需要将数据转换为时间序列对象，以便进行后续的分析和预测。
可以使用Matlab中的“timeseries”函数来创建时间序列对象，并设置适当的时间间隔和单位。
2. 可视化分析在进行时间序列分析和预测之前，通常需要先对数据进行可视化分析，以便全面了解数据的特征和趋势。
Matlab提供了丰富的绘图函数和工具，可以方便地绘制各种类型的图表，比如折线图、散点图、直方图等。
通过观察这些图表，可以发现数据中的规律和异常点，为后续的分析和预测提供参考。
3. 基本分析时间序列的基本分析包括平稳性检验、自相关性分析和偏自相关性分析。
平稳性是指时间序列在统计意义上不随时间变化而变化，可以使用Matlab中的“adftest”函数来检验时间序列的平稳性。
自相关性分析和偏自相关性分析是衡量时间序列内部相关性的方法，可以使用Matlab中的“autocorr”和“parcorr”函数进行计算，并绘制自相关函数和偏自相关函数的图表。
4. 模型选择在进行时间序列预测之前，需要选择合适的模型来拟合数据。
常见的时间序列模型包括AR模型、MA模型、ARMA模型和ARIMA模型等。
可以使用Matlab中的“arima”函数来拟合时间序列数据，并根据AIC或BIC准则选择最佳模型。
如果时间序列数据存在趋势或季节性，可以考虑使用季节ARIMA模型（SARIMA）或指数平滑法等进行预测。
时间序列的预处理与分析
时间序列的预处理与分析时间序列预处理是时间序列分析的第一步，其目的是将原始时间序列数据转换为适合进行进一步分析的形式。
在进行时间序列预处理时，常常需要解决的问题包括数据缺失、异常值处理和平稳性检验。
数据缺失是指在时间序列数据中出现了缺失的数据点。
对于数据缺失问题，常见的处理方法包括插值法和删除法。
插值法是利用已有的数据点对缺失的数据点进行估计。
常见的插值方法包括线性插值、多项式插值和样条插值等。
删除法是直接删除缺失的数据点，将问题简化为无缺失数据的时间序列分析。
数据缺失处理的目标是保留尽可能多的有用信息，同时减小插值或删除对数据的影响。
异常值是指在时间序列中存在明显偏离其他值的数据点。
异常值的存在可能对进一步分析造成干扰，因此需要对其进行处理。
在处理异常值时，一种方法是通过定义阈值进行判断和排除。
例如，可以根据极差、标准差等统计量确定异常值的上下限，并将超过范围的数据点视为异常值进行处理。
另一种方法是利用异常值检测算法来识别和排除异常值，常见的算法包括离群点检测法和异常值分析法等。
平稳性是时间序列分析的重要前提条件，它指的是时间序列的均值和方差不随时间变化。
平稳性检验的目的是确定时间序列是否平稳，以决定是否需要进行平稳性转换。
常见的平稳性检验方法包括统计量检验和图形检验。
统计量检验是通过计算时间序列数据的平均数、方差等统计量，并利用假设检验方法来判断是否满足平稳性条件。
典型的统计量检验方法包括ADF检验和KPSS检验等。
图形检验是通过绘制时间序列的折线图、自相关图和偏自相关图等来观察数据的波动性和相关性是否存在明显的趋势和周期性。
除了预处理之外，时间序列的分析也包括模型选择、参数估计和模型检验等步骤。
模型选择是根据时间序列的特征和目标进行合适模型的选择，常见的时间序列模型包括ARIMA模型、GARCH模型和VAR模型等。
参数估计是通过最大似然估计等方法对模型的参数进行估计。
模型检验是通过残差分析和模型评价准则等来检验模型的拟合好坏和预测精度。
时间序列数据的预处理方法总结
时间序列数据的预处理方法总结计量经济学作者：Shashank Gupta来源：deephub转载：数据分析1480时间序列数据随处可见，要进行时间序列分析，我们必须先对数据进行预处理。
时间序列预处理技术对数据建模的准确性有重大影响。
在本文中，我们将主要讨论以下几点：•时间序列数据的定义及其重要性。
•时间序列数据的预处理步骤。
•构建时间序列数据，查找缺失值，对特征进行去噪，并查找数据集中存在的异常值。
首先，让我们先了解时间序列的定义：时间序列是在特定时间间隔内记录的一系列均匀分布的观测值。
时间序列的一个例子是黄金价格。
在这种情况下，我们的观察是在固定时间间隔后一段时间内收集的黄金价格。
时间单位可以是分钟、小时、天、年等。
但是任何两个连续样本之间的时间差是相同的。
在本文中，我们将看到在深入研究数据建模部分之前应执行的常见时间序列预处理步骤和与时间序列数据相关的常见问题。
时间序列数据预处理时间序列数据包含大量信息，但通常是不可见的。
与时间序列相关的常见问题是无序时间戳、缺失值（或时间戳）、异常值和数据中的噪声。
在所有提到的问题中，处理缺失值是最困难的一个，因为传统的插补（一种通过替换缺失值来保留大部分信息来处理缺失数据的技术）方法在处理时间序列数据时不适用。
为了分析这个预处理的实时分析，我们将使用 Kaggle 的 Air Passenger 数据集。
时间序列数据通常以非结构化格式存在，即时间戳可能混合在一起并且没有正确排序。
另外在大多数情况下，日期时间列具有默认的字符串数据类型，在对其应用任何操作之前，必须先将数据时间列转换为日期时间数据类型。
让我们将其实现到我们的数据集中：import pandas as pdpassenger = pd.read_csv('AirPassengers.csv')passenger['Date'] = pd.to_datetime(passenger['Date'])passenger.sort_values(by=['Date'], inplace=True, ascending=True)时间序列中的缺失值处理时间序列数据中的缺失值是一项具有挑战性的任务。
时间序列的预处理与分析
时间序列的预处理与分析一、时间序列的预处理步骤1. 数据清洗：首先，我们需要对时间序列数据进行清洗，去除可能存在的异常值、缺失值和异常数据。
异常值可以通过异常检测方法识别和处理，缺失值可以通过插值方法填补。
2. 数据转换：有时候，时间序列数据在原始尺度上的波动很大，难以进行分析。
这时，我们需要进行数据转换，常见的方法有对数变换、差分变换和平滑变换等，以使数据更平稳或更趋于正态分布。
3. 数据平滑：平滑是一种常用的数据预处理方法，可以消除噪声和随机波动，揭示时间序列的长期趋势。
常用的平滑方法包括移动平均法和指数平滑法。
4. 季节性调整：如果时间序列数据存在季节性变化，那么我们需要进行季节性调整。
常见的方法有季节差分法、季节指数法和回归模型法等，以便更好地分析和预测数据。
5. 数据分解：有时候，时间序列数据可能包含趋势、季节性和残差三个成分，我们需要将其分解出来，分别进行分析和建模。
分解方法有经典分解法和小波分解法等。
二、时间序列的分析方法1. 描述统计分析：描述统计分析是时间序列分析的基础，可以通过计算均值、方差、相关系数和自相关系数等指标，揭示数据的基本特征和变化规律。
2. 自相关分析：自相关分析是一种常用的时间序列分析方法，可以识别和度量数据内部存在的自相关关系。
自相关系数图和自相关函数图可以帮助我们判断数据是否存在自相关性，并确定合适的滞后阶数。
3. 谱分析：谱分析是一种用于分析时间序列数据频率特征的方法，可以揭示时间序列数据随时间变化的周期和频率成分。
常见的谱分析方法有周期图、功率谱图和谱密度图等。
4. ARIMA模型：ARIMA模型是一种常用的时间序列建模方法，包括自回归（AR）、差分（I）和移动平均（MA）三个部分。
通过对时间序列数据进行模型识别、参数估计和模型检验，可以进行预测和预测误差分析。
5. 指数平滑模型：指数平滑模型是一种简单且有效的时间序列预测方法，常用于对平稳或趋势性变化的数据进行预测。
如何进行时间序列数据分析与预测
如何进行时间序列数据分析与预测时间序列数据分析与预测是一种重要的数据分析方法，广泛应用于金融、经济、气象、交通等领域。
它可以帮助我们揭示数据背后的规律，预测未来的趋势和变化。
本文将介绍时间序列数据分析与预测的基本方法和步骤，以及一些常用的模型和工具。
一、数据准备与探索在进行时间序列数据分析与预测之前，首先需要准备好数据，并进行一些基本的探索。
数据的准备包括收集、整理和清洗数据。
收集数据时要确保数据的完整性和准确性，整理数据时要将数据按照时间顺序排列，清洗数据时要处理缺失值、异常值和重复值等。
数据探索是为了了解数据的特征和规律。
可以通过可视化手段，如绘制时间序列图、自相关图和偏自相关图等，来观察数据的趋势、周期性和相关性。
此外，还可以计算一些统计指标，如均值、方差和相关系数等，来描述数据的集中趋势和离散程度。
二、模型选择与建立选择合适的模型是进行时间序列数据分析与预测的关键步骤。
常用的时间序列模型包括平稳性模型、非平稳性模型和季节性模型等。
平稳性模型适用于时间序列数据具有稳定趋势和周期性的情况，非平稳性模型适用于时间序列数据具有趋势或季节性的情况，季节性模型适用于时间序列数据具有明显的季节性变化的情况。
建立模型时，可以根据数据的特点选择合适的模型。
常用的时间序列模型有AR模型、MA模型、ARMA模型和ARIMA模型等。
AR模型是自回归模型，用过去的观测值来预测未来的观测值；MA模型是滑动平均模型，用过去的误差项来预测未来的观测值；ARMA模型是自回归滑动平均模型，综合考虑了过去的观测值和误差项；ARIMA模型是差分自回归滑动平均模型，用差分后的数据来建立模型。
三、模型评估与优化建立模型后，需要对模型进行评估和优化。
评估模型的好坏可以使用一些统计指标，如均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）和平均绝对百分比误差（MAPE）等。
这些指标越小，说明模型的预测效果越好。
优化模型的方法有很多，可以调整模型的参数，如滞后阶数、滑动窗口大小和差分次数等，也可以使用其他的模型选择方法，如信息准则、交叉验证和网格搜索等。
论文写作中如何合理运用时间序列分析的数据分析方法
论文写作中如何合理运用时间序列分析的数据分析方法时间序列分析是一种统计学方法，用于分析时间上连续观测到的数据，并从中提取出有用的信息。
在论文写作中，合理运用时间序列分析的数据分析方法可以帮助研究人员深入挖掘数据背后的规律和趋势，提供科学依据来支撑研究结论。
本文将从定义时间序列、时间序列分析的步骤、常用的时间序列模型以及如何合理运用时间序列分析的数据分析方法等方面进行阐述，旨在帮助读者更好地应用时间序列分析于论文写作中。
一、时间序列的定义时间序列是指按一定时间间隔连续测量到的一组数据的有序序列。
在时间序列中，数据是按照时间顺序排列的，可以是固定间隔的，比如每小时、每天、每月等，也可以是不规律间隔的。
时间序列可以包含趋势、季节性、周期性和随机性等成分。
二、时间序列分析的步骤进行时间序列分析的一般步骤如下：1. 数据获取：在论文写作中，数据获取可能包括实地观测、调查问卷、实验测定和网络爬虫等多种方式。
2. 数据预处理：对获取到的数据进行处理，包括数据清洗、缺失值处理、异常值处理等。
3. 模型建立：根据时间序列的性质和研究目的，选择适当的时间序列模型，如平稳性ARMA模型、非平稳性ARIMA模型、季节性ARIMA模型等。
4. 参数估计：通过最大似然估计、最小二乘估计等方法，估计模型中的参数。
5. 模型诊断：对估计的模型进行诊断检验，包括检验模型的残差序列是否符合模型假设、模型是否存在误差自相关等。
6. 模型预测和应用：利用已建立的时间序列模型对未来数据进行预测，并分析模型的稳定性、准确性和实用性等。
三、常用的时间序列模型论文写作中，常用的时间序列模型包括以下几种：1. 平稳性ARMA模型：ARMA模型是一种线性模型，由自回归模型（AR）和移动平均模型（MA）组成。
运用这种模型时，需要先确定时间序列数据是否平稳，若不平稳则需进行差分处理。
2. 非平稳性ARIMA模型：ARIMA模型是在ARMA模型的基础上引入差分运算，可以对非平稳时间序列进行建模和预测。
《时间序列分析》第二章 时间序列预处理习题解答[1]
![《时间序列分析》第二章 时间序列预处理习题解答[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/afd770ef524de518964b7d1f.png)
97.0 105.4
proc print data=example2_3; proc arima data=example2_3; identify var=rain; run;
分析： （1） 如上图所示： （2） 根据样本时序图和样本自相关图可知，该序列平稳 （3） 根据白噪声检验，P 值都较大，可以判断该序列为白噪声序列，即该序列具有纯随 机性。
析： 分析 自相关图显示序列自 自相关系数 数长期位于零 零轴的一边 边， 这是具有 有单调趋势序 序列 的典 典型特征。
由下图可知 知，自相关系 系数长期位于 于零轴的一边 边，且自相关 关系数递减到 到零的速度较慢， 在 5 个延期中，自相关系数 数一直为正，说明这是一个 个有典型单调 调趋势的非平 平稳序列。
data example2; input ppm@@; time=intnx('month','01jan1975'd, _n_-1); format year year4.; cards; 330.45 331.90 331.63 333.05 332.81 334.65 334.66 336.25 335.89 337.41 337.81 339.25 330.97 330.05 332.46 330.87 333.23 332.41 335.07 334.39 336.44 335.71 338.16 337.19 331.64 328.58 333.36 329.24 334.55 331.32 336.33 332.44 337.63 333.68 339.88 335.49 332.87 328.31 334.45 328.87 335.82 330.73 337.39 332.25 338.54 333.69
应用时间序列分析实验手册
应用时间序列分析实验手册时间序列分析是分析和预测时间序列数据的一种重要方法。
它可以用来研究时间序列数据中的趋势、季节性、周期性和随机性等特征，并通过建立适当的时间序列模型来对未来的数据进行预测。
为了进行时间序列分析，需要按照一定的步骤进行实验。
下面是一个应用时间序列分析的实验手册，它包括了以下几个步骤：1. 收集数据：首先需要收集时间序列数据。
时间序列可以是连续的，比如每天、每周或每月的数据，也可以是离散的，比如每小时或每分钟的数据。
数据可以来自不同的来源，如统计局、公司、网站等。
2. 数据预处理：在进行时间序列分析之前，需要对数据进行预处理。
预处理的目的是去除异常值、平滑数据、填补缺失值等。
常用的预处理方法包括平滑法、插值法、滤波法等。
3. 数据可视化：在进行时间序列分析之前，需要对数据进行可视化。
可以使用折线图、柱状图、散点图等方法展示时间序列数据的趋势和季节性。
4. 应用时间序列模型：时间序列模型是用来描述时间序列数据的数学模型。
常用的时间序列模型包括平稳ARMA模型、非平稳ARIMA模型、指数平滑模型等。
根据数据的不同特点选择合适的模型。
5. 模型诊断：在应用时间序列模型后，需要对模型进行诊断。
诊断的目的是检查模型的拟合程度和预测能力。
常用的诊断方法包括残差分析、模型的稳定性检验等。
6. 模型预测：基于已建立的时间序列模型，可以对未来的数据进行预测。
预测的方法包括单步预测、多步预测、滚动预测等。
7. 模型评估：在进行时间序列预测之后，需要对预测结果进行评估。
常用的评估指标包括均方误差、平均绝对误差、相对误差等。
评估结果可以用来评估模型的预测准确性和稳定性。
总结：时间序列分析是一种重要的数据分析方法，可以用来研究和预测时间序列数据的趋势、季节性、周期性和随机性等特征。
通过按照上述步骤进行实验，可以有效地应用时间序列分析方法，提高对时间序列数据的理解和预测能力。
8. 趋势分析：在时间序列分析中，趋势是指数据中的长期变化。
时间序列分析第二章
时间序列分析第二章第二章：时间序列的预处理时间序列的预处理：对序列进行的平稳性与纯随机性的检验称为序列的预处理. 目的：根据检验的结果将序列分为不同的类型，从而采用不同的方法去分析.§2.1平稳性检验平稳性是某些时间序列具有的一种统计特征，其具体定义如下：一、平稳性：若序列达到统计平衡状态，其统计特性不随时间变化，则称该序列具有平稳性. 二、预备知识1. 时间序列的概率分布族：任取指标集T 中的m 个不同的指标m t t t ,,,21 ，称),,,(),,,(2121,,,2121m t t t m t t t x x x x x x P x x x F m m ≤≤≤=为时间序列}{t x 的一个有限维(m 维)分布，变动m 及 m t t t ,,,21 ，称由这些有限维分布函数的全体},,,),,2,1(),,,,({2121,,,21T t t t m x x x F m m t t tm∈?∈? 为时间序列}{t x 的概率分布族.注：由于在实际应用中，很难得到序列的联合概率分布，所以在时间序列分析中很少直接使用. 2. 时间序列的特征统计量：对时间序列T t x t ∈?},{，随机变量)(~x F x t t ，(1). 均值：若∞<?∞∞-)(x xdF t ，则有均值函数?∞∞-==)(x xdF Ex t t t μ，以及均值函数列},{T t t ∈μ.(2). 方差：若∞<?∞∞-)(2x dF x t ，则有方差函数?∞∞--==-=)()()(22x dF x Ex x E Dx t t t t t t t μμ，以及方差函数序列},{T t Dx t ∈.(3). 自协方差函数：T s t ∈?,，自协方差函数)])([(),(s s t t x x E s t μμγ--=. (4). 自相关系数: T s t ∈?,，自相关系数stDxDxs t s t ?=),(),(γρ.三、平稳时间序列的统计定义1. 严平稳时间序列：若时间序列}{t x 的任意有限维分布满足),,,(),,,(21,,,21,,,2121m t t t m t t t x x x F x x x F m m τττ+++=其中τ,m 为任意正整数，T t t t m ∈,,,21 ，则称时间序列}{t x 为严平稳(完全平稳)时间序列. 注: 严平稳时间序列的概率结构对时间原点的平移保持不变，即T t t mx x ),,(1和Ttt m x x ),,(1ττ++具有完全相同的联合概率分布，即序列的所有统计性质都不随时间的推移而发生改变. 2. 宽平稳时间序列：若时间序列}{t x 满足 (1). T t ∈?，有∞<2t Ex ； (2).Tt ∈?，有μμ,=t Ex 为常数；(3). T k s t ∈?,,，且T t s k ∈-+，有),(),(t s k k s t -+=γγ. 则称}{t x 为宽平稳(弱平稳，二阶平稳)时间序列. 注：①.宽平稳时间序列具有常数均值序列和方差序列，这说明平稳序列的观测值应在某一定值附近作有界波动.②.自协方差函数和自相关系数具有对时间的平移不变性. 3. 两种平稳时间序列的区别与联系(1). 区别：严平稳的条件严格，要求序列的所有统计特性都相同；宽平稳只要求序列的二阶矩函数相同.(2). 联系：一般情况下，严平稳序列一定是宽平稳序列，但反之未必.因宽平稳序列对二阶以上的矩未做要求.(3). 特例：服从柯西分布的严平稳序列因其一、二阶矩不存在，无法验证它的二阶平稳性；服从正态分布的宽平稳序列因其联合分布完全由均值和协方差决定，从而一定是严平稳序列. 注：①.二阶矩存在的严平稳时间序列一定是宽平稳时间序列.②.宽平稳正态时间序列一定是严平稳时间序列.在实际应用中多研究宽平稳随机序列，若无特殊说明，平稳随机序列都指的宽平稳. 四、平稳时间序列自相关系数的性质1. 延迟k 自协方差函数(k 阶自协方差函数)：T k t t k t t k ∈+?+=,),,(γγ；延迟k 自相关系数(k 阶自相关系数)：T k t t k t t k ∈+?+=,),,(ρρ. 注：①. 0),(γγ==t t Dx t . ②. 0),(),(γγγρρk kt t kDx Dx k t t k t t =+=+=+.2. k 阶自相关系数的性质 (1). 规范性：10=ρ且Z k k ∈?≤,1ρ;(2). 对称性：kk-=ρρ;(3). 非负定性: +∈?Z m ，相关阵m Γ为对称非负定矩阵，即=----021201110ρρρρρρρρρΓm m m m m为对称非负正定阵；注：m Γ的计算：依此用随机变量m x x x ,,,21 与m x x x ,,,21 计算相关系数作为矩阵的每一行. (4). 非惟一性：}{t x 对应唯一一个k ρ；k ρ未必对应唯一一个}{t x .注：一个平稳时间序列惟一决定它的自相关系数，但一个自相关系数未必惟一对应一个平稳时间序列.这将在后面具体说明. 五、平稳时间序列的意义1. 极大地减少了随机变量的个数，如将可列个随机变量的均值序列},{T t t ∈μ变成了一个变量的均值序列},{T t ∈μ.2. 增加了待估变量的样本容量，化简了时间序列分析的难度，提高了对总体特征统计量的估计精度：(即用样本特征统计量对它们进行估计.)∑===→ni it x nx x 11μ； n k kn x x x x k n t k t t k<∑-=+0,))((?1γ； nx x n t t ∑=-=120)(?γ;n k k k <γγρ； n k x x x x x x n t t k n t k t t k <<∑=-=+0,)())((~?121ρ.注：上述样本特征统计量仍和样本一样具有二重性，作为随机变量它们有自己的分布. 六、平稳性的检验：图检验法；统计检验法. 1. 图检验法时序图检验：平稳序列波动的范围有界、无明显趋势及周期特征(因为平稳序列的均值和方差都为常数)；非平稳序列通常有明显趋势或周期特征.自相关图检验：平稳序列的自相关系数k ρ随着k 的增加会很快衰减到零(因为平稳序列通常具有短期的相关性)；非平稳序列的自相关系数k ρ衰减到零的速度通常较慢.优缺点：操作简单，运用广泛；判断结论主观色彩强. 2. 统计检验法—单位根检验法.注：时间序列一般具有趋势性，周期性，随机性.§2.2纯随机性检验一、纯随机序列(一). 定义：若时间序列}{t x 满足1.T t ∈?，有μ=t Ex ； 2. T s t ∈?,，有≠==st st s t ,0,),(2σγ，则称序列}{t x 为纯随机序列，也称为白噪声序列，记为),(~2σμWN x t . 注：白噪声序列是平稳序列. (二). 性质及其应用1. 纯随机性: 0,0≠?=k k γ，(这说明白噪声序列的各项之间没有任何相关关系，即无记忆性.) 注：①.对时间序列}{t x ，若0,0≠≠?k k γ，说明该序列间隔k 期序列值之间存在着一定程度的相互影响关系，即相关信息，从而该序列不是纯随机序列. ②.判断相关信息是否提取充分.2. 方差齐性：2)0(σγ==t Dx . 即序列中每一个变量的方差都相等. 注：①.若序列}{t x 中的变量的方差不全相等，则称其具有异方差性.②.提高参数估计的准确性，有效性：由马尔可夫定理知，只有在方差齐性成立时，用最小二乘法得到的未知参数的估计值才是准确的，有效的.③.模型拟合的检验内容之一：检验拟合模型的残差是否满足方差齐性. 二、纯随机性检验若一序列是纯随机序列，则它的序列值之间应该没有任何关系，即有0,0≠?=k k γ，从而也有序列的样本自相关系数0,0≠?=k k ρ，因此给出如下检验条件： (一). 假设条件原假设：1,0:210≥?====m H m ρρρ . 即延迟小于或等于m 期的序列值不相关.备则假设：1H ：至少存在某个m k m k ≤≥?≠,1,0ρ. 即延迟小于或等于m 期的序列值相关. 但由于观测值序列都是有限的，导致纯随机序列的样本自相关系数不会绝对为零，所以假设条件应该相应的修改为单边假设检验：原假设：1,:0≥?<="">备则假设：1H ：至少存在某个m k m k ≤≥?≥,1,ερ.即延迟小于或等于m 期的序列值相关. (二). 检验原理Barlett 定理：若时间序列}{t x 是纯随机的，得到一个观测期数为n 的观察序列},,2,1,{n t x t =，则该序列的延迟非零期的样本自相关系数将近似服从均值为零，方差为序列观测期数倒数的正态分布，即()0,/1,0~?≠?k n N k ρ.(三). 检验统计量1. Q 统计量：)(~?212m n Q mk k χρ∑==(在原假设成立时)，其中n 为序列观测期数；m 为指定延迟期数.2. LB 统计量: )(~?)2(212m kn n n LB mk k χρ∑=-+=(在原假设成立时)，其中n 为序列观测期数；m 为指定延迟期数. 注：①.Q 统计量也称为BP Q 统计量，适合于大样本场合；②.LB 统计量也称为LB Q 统计量，是对LB Q 统计量的修正，适用于小样本场合.在各种场合普遍采用的统计量通常都是指LB Q 统计量. (四). 检验原则：(单边假设)拒绝原假设：当检验统计量的大于)(21m αχ-分位点(上α分位数)，或该统计量的P 值小于α 时，则可以以α-1的臵信水平拒绝原假设，认为该序列为非白噪声序列.接受原假设：当检验统计量小于)(21m αχ-分位点或该统计量的P 值大于α时，则认为在α-1的臵信水平下无法拒绝原假设，即不能显著地拒绝序列为纯随机序列的假定.。
时间序列预处理
时间序列预处理
时间序列预处理是指对时间序列数据进行清洗、转换和归一化等操作，以提高数据质量和特征的提取效果。
常见的时间序列预处理方法包括以下几种：
1. 数据清洗：对异常值和缺失值进行处理。
可以使用插值或者对缺失值进行填充。
对于异常值，可以通过检测和修正或者删除来处理。
2. 平滑处理：对时间序列数据进行平滑处理，以减少噪声的影响，常见的方法有移动平均、加权移动平均和指数平滑等。
3. 数据转换：对时间序列数据进行转换，以满足模型的假设。
常见的转换方法包括对数变换、差分变换和尺度变换等。
4. 归一化：将时间序列数据进行归一化，可以使得不同时间序列之间的数值大小相近，便于比较和分析。
常见的归一化方法包括最小-最大归一化和标准化等。
5. 特征提取：从时间序列数据中提取有用的特征，用于建立模型或进行分类和预测。
常见的特征提取方法包括统计特征、频域特征和时域特征等。
以上是常见的时间序列预处理方法，具体应用时需要根据数据的特点和实际问题进行选择。
同时，为了保证预处理的效果，建议在预处理之前先对原始数据进行可视化和探索性分析，以了解数据的分布和特点。
王燕-应用时间序列分析
本章结构
方法性工具 ARMA模型 平稳序列建模 序列预测
3.1 方法性工具
Байду номын сангаас
差分运算 延迟算子 线性差分方程
差分运算
一阶差分
xt xt xt 1
p 阶差分
p xt p 1 xt p 1 xt 1
k 步差分
k xt xt k
发展过程
特点
时域分析方法
原理
事件的发展通常都具有一定的惯性，这种惯性用统 计的语言来描述就是序列值之间存在着一定的相关 关系，这种相关关系通常具有某种统计规律。 寻找出序列值之间相关关系的统计规律，并拟合出 适当的数学模型来描述这种规律，进而利用这个拟 合模型预测序列未来的走势 理论基础扎实，操作步骤规范，分析结果易于解 释，是时间序列分析的主流方法
宽平稳
平稳时间序列的统计定义
满足如下条件的序列称为严平稳序列
正整数m, t1 , t 2 , , t m T， 正整数， 有
Ft1 ,t 2 t m ( x1 , x 2 , , x m ) Ft1 ,t 2 t m ( x1 , x 2 , , x m )
G.U.Yule
1927年，AR模型 1931年，MA模型，ARMA模型
G.T.Walker
核心阶段
G.E.P.Box和 G.M.Jenkins
1970年，出版《Time Series Analysis Forecasting and Control》 提出ARIMA模型（Box—Jenkins 模型） Box—Jenkins模型实际上是主要运用于单变 量、同方差场合的线性模型
数据库中的时间序列数据处理与分析
数据库中的时间序列数据处理与分析时间序列数据是指按照时间顺序排列的数据集合，这种数据在很多领域中都有重要的应用价值。
在数据库中对时间序列数据进行处理与分析，可以揭示数据的内在规律，发现趋势和周期性变化等特征，为决策提供科学依据。
本文将介绍数据库中的时间序列数据处理与分析方法，并探讨其在实际应用中的一些应用场景。
一、时间序列数据的存储在数据库中存储时间序列数据可以采用多种方式，常见的有两种：行存储和列存储。
行存储是将每条数据记录作为数据库中的一行，将时间作为一列存储。
这种方式适用于数据记录数较少、查询频率较高的情况，可以方便地进行按时间范围查询和排序操作。
列存储是将时间序列数据按照时间顺序拆分为多个时间段，每个时间段作为数据库表中的一列存储。
这种方式适用于数据记录数较多、查询频率较低的情况，可以减少存储空间的占用。
同时，列存储还能够提供高效的数据压缩和索引技术，提升查询性能。
二、时间序列数据的预处理对于时间序列数据，预处理是一个重要的环节。
预处理包括数据清洗、缺失值处理、异常值检测和平滑处理等。
数据清洗是指对数据进行去重、去噪声等操作，确保数据的准确性和完整性。
缺失值处理是指对于缺失的数据进行补充或删除处理，以保证数据的连续性。
异常值检测是指对于与其它数据差异较大的数值进行识别和处理，避免异常值对数据分析的影响。
平滑处理是指对于数据中的噪声进行平滑化处理，以减小数据的波动性，更好地反映数据的趋势。
三、时间序列数据的分析方法时间序列数据的分析方法包括统计分析和机器学习方法。
统计分析方法是传统的时间序列数据分析方法，包括平均值、方差、相关性分析等。
通过这些统计指标可以揭示数据的分布特点和之间的关联性，为后续的决策提供依据。
机器学习方法是近年来较为流行的时间序列数据分析方法，包括聚类、分类、预测等。
机器学习方法通过训练模型，根据历史数据预测未来的数据趋势。
这种方法能够适应复杂的数据场景，对于大规模的时间序列数据分析有较好的效果。
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标准正态白噪声序列时序图
白噪声序列的性质
纯随机性
(k) 0，k 0
各序列值之间没有任何相关关系，即为 “没有记 忆”的序列
方差齐性(平稳)
DX t (0) 2
根据马尔可夫定理，只有方差齐性假定成立时，用 最小二乘法得到的未知参数估计值才是准确的、有 效的
纯随机性检验
检验原理 假设条件 检验统计量 判别原则
对称性 k k
非负定性
0
1
m1
1 0
m2
m1
m2
0
0
非唯一决定性
1个相关函数------多个时间序列
平稳时间序列的意义
时间序列数据结构的特殊性
可列多个随机变量，而每个变量只有一个样 本观察值
平稳性的重大意义
极大地减少了随机变量的个数，并增加了待 估变量的样本容量
极大地简化了时序分析的难度，同时3自相关图
2.2 纯随机性检验
纯随机序列的定义 纯随机性的性质 纯随机性检验
纯随机序列的定义
纯随机序列也称为白噪声序列，它满足 如下两条性质
(1)EX t , t T
2 ,t s
(2) (t, s)
, t, s T
0,t s
并不是所有平稳序列都值得建模！
纯随机序列无法预测，无法进一步建模！
检验结果
延迟
延迟6期 延迟12期
QLB统计量检验 QLB 统计量值
2.36 5.35
时序图检验
根据平稳时间序列均值、方差为常数的性质， 平稳序列的时序图应该显示出该序列始终在 一个常数值附近随机波动，而且波动的范围 有界、无明显趋势及无周期特征
自相关图检验
平稳序列通常具有短期相关性。该性质用自 相关系数来描述就是随着延迟期数的增加， 平稳序列的自相关系数会很快地衰减向零
例题
实际应用的局限性(not available)
特征统计量
均值 方差
t EX t xdFt (x)
DX t E( X t t )2
2
(x t ) dFt (x)
自协方差
(t, s) E( X t t )( X s s )
自相关系数
(t, s) (t, s)
（“自” --- 同一对象不同时间） DXt DX s
Barlett定理
如果一个时间序列是纯随机的，得到一 个观察期数为n 的观察序列，那么该序列 的延迟非零期的样本自相关系数将近似 服从均值为零，方差为序列观察期数倒 数的正态分布
ˆ k
~
N (0, 1 ) n
,k 0
假设条件
原假设：延迟期数小于或等于m 期的序列 值之间相互独立
H 0：1 2 m 0, m 1
当序列服从多元正态分布时，宽平稳等价于严平稳
平稳时间序列的统计性质
常数均值
自协方差函数和自相关函数只依赖于时 间的延迟长度而与时间的起止点无关
延迟k自协方差函数（证明）
(k) (t,t k),k为整数
延迟k自相关系数（证明）
k
(k) (0)
自相关系数的性质
规范性 0 1,| k | 1
3) (t, s) (k, k s t)，t, s, k且k s t T
严平稳与宽平稳的关系
一般关系
严平稳条件比宽平稳条件苛刻，通常情况下，严平 稳（低阶矩存在）能推出宽平稳成立，而宽平稳序 列不能反推严平稳成立
特例
不存在低阶矩的严平稳序列不满足宽平稳条件，例 如服从柯西分布的严平稳序列就不是宽平稳序列
第二章
时间序列的预处理
本章结构
平稳性检验 纯随机性检验
2.1平稳性检验
特征统计量 平稳时间序列的定义 平稳时间序列的统计性质 平稳时间序列的意义 平稳性的检验
概率分布
概率分布的意义
随机变量族的统计特性完全由它们的联合分布函数 或联合密度函数决定
时间序列概率分布族的定义 {Ft1,t2,,tm (x1, x2 ,, xm )} m (1,2,, m),t1,t2,,tm T
平稳时间序列的统计定义
满足如下条件的序列称为严平稳序列
正整数m, t1,t2 ,,tm T，正整数，有
Ft1,t2tm ( x1 , x2 ,, xm ) Ft1 ,t2 tm ( x1 , x2 ,, xm )
满足如下条件的序列称为宽平稳序列
1)
EX
2 t
,t T
2) EX t , 为常数，t T
平稳时间序列的定义
严平稳
严平稳是一种条件比较苛刻的平稳性定义，它认为 只有当序列所有的统计性质都不会随着时间的推移 而发生变化时，该序列才能被认为平稳。
宽平稳
宽平稳是使用序列的特征统计量来定义的一种平稳 性。它认为序列的统计性质主要由它的低阶矩决定， 所以只要保证序列低阶矩平稳（二阶），就能保证 序列的主要性质近似稳定。
2 1
(m)分位点，或该统计
量的P值小于 时，则可以以1 的置信水
平拒绝原假设，认为该序列为非白噪声序列
接受原假设
当检验统计量小于
2 1
(m)分位点，或该统计
量的P值大于 时，则认为在1 的置信水
平下无法拒绝原假设，即不能显著拒绝序列
为纯随机序列的假定
例2.4：
标准正态白噪声序列纯随机性检验
样本自相关图
备择假设：延迟期数小于或等于m 期的 序列值之间有相关性
H1：至少存在某个k 0,m 1，k m
检验统计量
Q统计量 （大样本）
m
Q n
ˆ
2 k
~
2 (m)
k 1
LB统计量 （小样本）
m
LB n(n 2)
(
ˆ
2 k
) ~ 2 (m)
k1 n k
判别原则
拒绝原假设
当检验统计量大于
例2.1
检验1964年——1999年中国纱年产量序列的平稳 性
例2.2
检验1962年1月——1975年12月平均每头奶牛月 产奶量序列的平稳性
例2.3
检验1949年——1998年北京市每年最高气温序列的 平稳性
例2.1时序图
例2.1自相关图
例2.2时序图
例2.2 自相关图
例2.3时序图
几个公式的解释和更正
样本均值
n
xi
ˆ x i1
n
样本自协方差
nk
(xt x )(xtk x )
ˆ(k ) t1
,0 k n
nk
样本自相关系数
nk
ˆk
ˆ(k) ˆ(0)
(xt x )(xtk x )
t 1 n
,0 k
(xt x )2
n
t 1
平稳性的检验（图检验方法）