SPSS的时间序列分析

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11.3.4.1 绘制序列图的基本操作 (1)选择菜单Graph→Sequence。
(2)将需绘图的序列变量选入Variables框中。 (3)在Time Axis Labels框中指定横轴(时间轴)标志变量。该 标志变量默认的是日期型变量。
(4)在Transform框中指定对变量进行怎样的变化处理。其中 Natural log transform表示对数据取自然对数, Difference表示对数据进行n阶(默认1阶)差分, Seasonally difference表示对数据进行季节差分。 (5)单击Time Lines 按钮定义序列图中需要特别标注的时间点,给 出了无标注(No reference Lines)、在某变量变化时标注( Line at each change of)、在某个日期标注(Line at date)三项供选择。
• 11.3.2 时间序列的图形化观察工具
· 序列图(Sequence) 一个平稳的时间序列在水平方向平稳发展,在垂直方 向的波动性保持稳定,非平稳性的表现形式多种多样,主要 特征有:趋势性、异方差性、波动性、周期性、季节性、以 及这些特征的交错混杂等。 序列图还可用于对序列异常值的探索,以及体现序列 的“簇集性”,异常值是那些由于外界因素的干扰而导致的 与序列的正常数值范围偏差巨大的数据点。“簇集性”是指 数据在一段时间内具有相似的水平。在不同的水平间跳跃性 变化,而非平缓性变化。
3、异方差的非平稳时间序列,其各阶自相关函数显著不为 零,且呈现出正负交错,缓慢下降的趋势;偏自相关函数值 也呈正负交错的形式,且下降趋势明显。 4、具有周期性的非平稳时间序列,其自相关函数呈明显的 周期性波动,且以周期长度及其整数倍数为阶数的自相关和 偏自相关函数值均显著不为零。 5、非周期的波动性时间序列,自相关函数值会在一定的阶 数之后较快的趋于零,而偏自相关函数则会很快的落入到置 信区间内。 · 互相关图 对两个互相对应的时间序列进行相关性分析的实用图形 工具。互相关图是依据互相关函数绘制出来的。是不同时间 序列间不同时期滞后序列的相关性。
• 11.3.3 时间序列的检验方法
参数检验法 参数检验的基本思路是,将序列分成若干子序 列,并分别计算子序列的均值、方差、相关函数。 根据平稳性假设,当子序列中数据足够多时,各统 计量在不同序列之间不应有显著差异。如果差值大 于检验值,则认为序列具有非平稳性。
• 11.3.4 时间序列的图形化观察和检验的基本操作
• 11.1.3 SPSS时间序列分析的特点
SPSS的时间序列分析没有自成一体的单独模块,而是 分散在Data、Transform、Analyze、Graph四个功能 菜单当中。在Data和Transform中实现对时间序列数据 的定义和必要处理,以适应各种分析方法的要求;在 Analyze的Time Series中主要提供了四种时间序列的分 析方法,包括指数平滑法、自回归法、ARIMA模型和季节 调整方法;在Graph中提供了时间序列分析的图形工具, 包括序列图(Sequence)、自相关函数和偏自相关函数 图等。另外,也可利用SPSS的谱分析图等模块进行简单的 谱分析。
第十章
SPSS的时间序列分析
11.1 时间序列分析概述

11.1.1时间序列的相关概念 通常研究时间序列问题时会涉及到以下记号和概念: 1.指标集T 指标集T可理解为时间t的取值范围。 2.采样间隔△t 采样间隔△t可理解为时间序列中相邻两个数的时间间隔。 3.平稳随机过程和平稳时间序列 时间序列的平稳性是指时间序列的统计规律不会随着时间的推移而 发生变化。直观上,一个平稳的时间序列可以看作是一条围绕其均值上 下波动的曲线。从理论上,有两种意义的平稳性,一个是严平稳或完全 平稳,一个是宽平பைடு நூலகம்或广义平稳。 严平稳:如果对 t1,t2,…,tn,h∈T和任意整数n,都使(yt1, yt2…,ytn)与(yt1+h,yt2+h,…,ytn+h)同分布,则概率空间( W,F,P)上随机过程{y(t),t∈T}称为平稳过程。具有时间上 的平稳不变性。实践当中是非常困难甚至是不可能的。
· 中心移动平均法(Centered moving average) 计算以当前为中心的时间跨度k范围内数据的移动平均数。
· 向前移动平均法(Prior moving average) 若指定时间跨度为k,则用当前值前面k个数据(注意:不包括当前值) 的平均值代替当前值。 · 移动中位数(Runing medians) 它以当前时间点为中心,根据指定的时间跨度k计算中位数。
差分不一定是相邻项之间的运算,也可以在有一定跨度的时间点之 间进行。季节差分(Seasonal difference)就是一个典型的代 表。对于既有趋势性又有季节性的序列,可同时进行差分和季节差分处 理。时间序列的平滑处理目的是为了消除序列中随机波动性影响。 平滑处理的方式很多,常用的有各种移动平均、移动中位数以及这 些方法的各种组合等。
• 11.4.2
时间序列预处理的基本操作
11.4.2.1 序列缺失数据处理的基本操作 11.4.2.2 序列数据变换的基本操作
(1)选择菜单Transform→Create Time Series
(2)把待处理的变量选择到New Variable(s)框。 (3)在Name and Function框中选择数据变换法。在 Name后输入处理后新生成的变量名,在Function中选择 处理方法,在Order后输入相应的阶数,并单击Change 按钮。其中的方法除前面介绍的几种外,还包括: · Cumulative sum:累加求和,即对当前值和当前值之间 的所有数据进行求和,生成原序列的累计值序列。 · Lag:数据滞后,即对指定的阶数k,用从当前值向前数到第 k个数值来代替当前值。这样形成的新序列将损失前k个数 据。 · Lead:数据前引。与数据滞后正好相反,即指定的阶数k, 从当前值向后数以第k个数值来代替当前值。这样形成的新 序列将损失后k个数据。
11.2 数据准备
SPSS的数据准备包括数据文件的建立、时间定义和 数据期间的指定。其中数据文件的建立与一般SPSS数据文 件的建立方法相同,每一个变量将对应一个时间序列数据 ,且不必建立标志时间的变量。具体操作这里不再赘述, 仅重点讨论时间定义的操作步骤。 SPSS的时间定义功能用来将数据编辑窗口中的一个或 多个变量指定为时间序列变量,并给它们赋予相应的时间 标志,具体操作步骤是: (1)选择菜单:Date→Define Dates,出现窗口:
11.4 时间序列的预处理
• 11.4.1 时间序列预处理的目的和主要方法
预处理的目的可大致归纳为两个方面:第一, 使序列的特征体现得更加明显,利于分析模型的选 择;第二,使数据满足于某些特定模型的要求。 序列的预处理主要包括以下几个方面: · 序列缺失数据的处理 · 序列数据的变换处理 主要包括序列的平稳化处理和序列的平滑处理 等。均值平稳化一般采用差分(Difference)处 理,方差平稳化一般用Box-Cox变换处理。
· 直方图(Histogram) 直方图是体现序列数据分布特征的一种图形,通过直方图可以了解 序列的平稳性、正态性等特征。 · 自相关函数图和偏自相关函数图(ACF&PACF) 所谓自相关是指序列与其自身经过某些阶数滞后形成的序列之间存 在某种程度的相关性。对自相关的测度往往采用自协方差函数和自相关 函数。偏自相关函数是在其他序列给定情况下的两序列条件相关性的度 量函数。 自相关函数图和偏自相关函数图将时间序列各阶滞后的自相关和偏 自相关函数值以及在一定置信水平下的置信区间直观的展现出来。 各种时间序列的自相关函数图和偏自相关函数图通常有一定的特征 和规律: 1、白噪声序列的各阶自相关函数和偏自相关函数值在理论上均为0。 但实际当中序列多少会有一些相关性,但一般会落在置信区间内,同时 没有明显的变化规律。 2、具有趋势性的非平稳时间序列,序列的各阶自相关函数值显著不为 零,同时随着阶数的增大,函数值呈缓慢下降的趋势;偏自相关函数值 则呈明显的下降趋势,很快落入置信区间。
(6)单击Format 按钮定义图形的格式,可选择横向或纵向序列图; 对于单变量序列图,可选择绘制线图或面积图,还可选择在图中绘制序 列的均值线;对多变量的序列图,可选择将不同变量在同一时间点上的 点用直线连接起来。
11.3.4.2
基本操作 (1)选择菜单
绘制自相关函数图和偏自相关函数图的
Graph→TimeSeries→Autocorrelations。
(2)将需绘制的序列变量选入Variables框。 (3)在Display框选择绘制哪种图形,其中Autocorrelations 表示绘制自相关函数图;Partial autocorrelations表示绘制 偏自相关函数图。一般可同时绘制两种图形。 (4)单击Options按钮定义相关参数,其中Maximum Number of Lags表示相关函数值包含的最大滞后期,即时间间 隔h。一般情况下可选择两个最大周期以上的数据。在Standard Error Method框中指定计算相关系数标准差的方法,它将影响到 相关函数图形中的置信区间。其中Independence model表示 假设序列是白噪声的过程;Bartlett’s approximation表示, 根据Bartlett给出的估计自相关系数和偏自相关系数方差的近似式计算 方差。该方法适合当序列是一个k-1阶的移动平均过程,且标准差随阶 数的增大而增大的情况。 (5)选中Display autocorrelation at periodic lags表 示只显示时间序列周期整数倍处的相关函数值。一般如果只考虑序列中 的周期因素可选中该项。否则该步可略去。
• 11.1.2 时间序列分析的一般步骤 数据的准备阶段; 数据的观察及检验阶段:总体把握时间序列发展变化的特征
,以便选择恰当的模型进行分析,包括图形方法和统计检验 方法; 数据的预处理阶段:一方面能够使序列的特征体现得更加明 显,利于分析模型的选择;另一方面使数据满足于模型的要 求; 数据分析和建模阶段:根据时间序列的特征和分析的要求, 选择恰当的模型进行数据建模和分析; 模型的评价阶段:与模型分析的目标相结合评价是否达到了 分析的目的以及效果如何; 模型的实施阶段。
(2)Cases Are框提供了多种时间形式,可根据数 据的实际情况选择与其匹配的时间格式和参数。 至此,完成了SPSS的时间定义操作。SPSS 将在当前数据编辑窗口中自动生成标志时间的变量 。同时,在输出窗口中将输出一个简要的日志,说 明时间标志变量及其格式和包含的周期等。 数据期间的选取可通过SPSS的样本选取( Select Cases)功能实现。
11.3.4.3
绘制互相关图的基本操作
(1)选择菜单Graph→Time Series→Cross correlations。 (2)把需绘图的序列变量选择到Variables框中。 绘制互相关图时要求两个序列均具有平稳性。
• 11.3.5 时间序列图形化观察应用举例
1、利用模拟序列数据: (1)以趋势序列绘制序列图; (2)以各种序列绘制自相关函数图和偏自相关函数 图。 2、利用海关总出口额数据,绘制出口总额和外汇储 备的一阶逐期差分后的序列互相关图。
11.3 时间序列的图形化观察及检验
• 11.3.1时间序列的图形化及检验目的
通过图形化观察和检验能够把握时间序列的诸 多特征,如时间序列的发展趋势是上升还是下降, 还是没有规律的上下波动;时间序列的变化的周期 性特点;时间序列波动幅度的变化规律;时间序列 中是否存在异常点,时间序列不同时间点上数据的 关系等。
宽平稳:宽平稳是指随机过程的均值函数、方差函数均为常数,自协 方差函数仅是时间间隔的函数。如二阶宽平稳随机过程定义为:E(yt )= E(yt+h)为常数,且对 t,t+h∈T都使协方差E[yt- E(yt )]E[yt+h- E(yt+h)]存在且与t无关(只依赖于h)。 4.白噪声序列 白噪声序列是一种特殊的平稳序列。它定义为若随机序列{yt} 由互不相关的随机变量构成,即对所有s≠t,Cov(ys,yt)=0,则称 其为白噪声序列。白噪声序列是一种平稳序列,在不同时点上的随机 变量的协方差为0。该特性通常被称为“无记忆性”,意味着人们无法 根据其过去的特点推测其未来的走向,其变化没有规律可循。当模型 的残差序列成为白噪声序列时,可认为模型达到了较好的效果,剩余 残差中已经没有可以识别的信息。因此,白噪声序列对模型检验也是 很有用处的。 5.时点序列和时期序列
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