Регуляризация для моделей ARIMA


15

Я знаю о регуляризации типа LASSO, гребня и эластичной сетки в моделях линейной регрессии.

Вопрос:

  1. Можно ли применить этот (или аналогичный) вид штрафных оценок к моделированию ARIMA (с непустой частью MA)?

При построении моделей ARIMA кажется обычным рассмотреть предварительно выбранный максимальный порядок задержки ( , ), а затем выбрать оптимальный порядок и например минимизируя AIC или AICc. Но можно ли вместо этого использовать регуляризацию?pmaxqmaxp⩽pmaxq⩽qmax

Мои дальнейшие вопросы :

  1. Можем ли мы включить все члены до ( , ), но оштрафовать размер коэффициентов (потенциально вплоть до нуля)? Будет ли это иметь смысл?pmaxQмaИкс
  2. Если это так, было ли это реализовано в R или другом программном обеспечении? Если нет, в чем проблема?

Несколько похожий пост можно найти здесь .


1
+1 за очень хороший вопрос. Поскольку P, Q являются дискретными значениями, может быть более эффективно выполнить поиск в сетке, чтобы найти оптимальный порядок P, Q?
— синоптик

2
Я рад, что тебе понравилось! Да, поиск по сетке - это один из вариантов в структуре, который я называю «обычным». Там можно искать по сетке возможных комбинаций от до . Тем не менее, это все еще является частью "обычной структуры". В качестве альтернативы, я заинтересован в том, чтобы сохранить все лаги, но оштрафовать размер коэффициентов. ( 0 , 0 ) ( p m a x , q m a x )(п,Q)(0,0)(пмaИкс,QмaИкс)
— Ричард Харди

1
columbia.edu/~sn2294/papers/forecast.pdf Предположительно, LASSO работает лучше, так как вы можете пропустить некоторые лаги вместо того, чтобы выставлять максимум. То же самое может быть сделано AIC, но тогда это становится вычислительно дорогим.
— Кагдас Озгенц

1
@CagdasOzgenc, я пролистал статью, но, похоже, она не имеет отношения к регуляризации, применяемой к моделям ARIMA (хотя она упоминает модели ARMA в контексте информационных критериев). Не могли бы вы указать, какая часть статьи относится к моим вопросам?
— Ричард Харди

1
5.3 таблица содержит модели ARMAX. Результаты относятся к моделям ARMA.
— Кагдас Озгенц

Ответы:


9

Отвечая на вопрос 1.

Chen & Chan "Выбор подмножества ARMA с помощью адаптивного лассо" (2011) * использует обходной путь, чтобы избежать требующей вычисления максимальной оценки вероятности. Ссылаясь на бумагу, они

Предложите найти оптимальную модель ARMA для подмножества путем подгонки адаптивной регрессии Лассо временных рядов к своим собственным лагам и остаткам, полученным при подгонке длинной авторегрессии к y t s. <...> [Под] условиями умеренной регулярности, предлагаемый метод достигает свойств оракула, а именно, он идентифицирует правильную модель ARMA подмножества с вероятностью, стремящейся к единице, когда размер выборки увеличивается до бесконечности, и <...> Оценки ненулевых коэффициентов асимптотически нормальны, а предельное распределение такое же, как и при нулевых коэффициентах, которые известны априори.YTYT

При желании они предлагают оценку максимального правдоподобия и диагностику модели для выбранных подмножеств ARMA-моделей.


Wilms et al. «Разреженная идентификация и оценка многомерных векторных авторегрессионных скользящих средних» (2017) делают даже больше, чем я просил. Вместо одномерной модели ARIMA они используют вектор ARMA (VARMA) в больших измерениях и используют штраф для оценки и выбора порядка запаздывания. Они представляют алгоритм оценки и развивают некоторые асимптотические результаты.L1

В частности, они используют двухэтапную процедуру. Рассмотрим модель VARMA которую необходимо оценить, но порядки запаздывания p и q неизвестны.

YTзнак равноΣLзнак равно1пΦLYT-L+Σмзнак равно1QΘмεT-м+εT
пQ
  • На этапе 1 они аппроксимируют модель VARMA с помощью модели VAR высокого порядка и оценивают ее, используя иерархический оценщик VAR, который накладывает основанное на лагах иерархическое наказание за лассо группы на параметры авторегрессии.
    (Порядок задержки устанавливается равным . Уравнения модели оцениваются совместно и норма ошибок Фробениуса| | у - у | | F 2 сведенминимуму с иерархическим групповой Lasso штрафом на коэффициентах регрессии). Они получают невязки е :=у - у , которые будут использоватьсякачестве прокси для истинных ошибок в стадии 2.⌊1,5T⌋||Y-Y^||2F
    ε^знак равноY-Y^

  • На этапе 2, они оценивают модель VARX , где Х представляет собой лаг остатков со стадии 1. То есть, они Minic модель VARMA , но использование оценками остатков вместо истинных ошибок, что позволяет применятьтот же оценщик (иерархической группы-лассо) снова так жекак в стадии 1 ( р и д

    YTзнак равноΣLзнак равно1п^ΦLYT-L+Σмзнак равно1Q^Θмε^T-м+UT,

    п^Q^установлены на .)⌊1,5T⌋

Подход Wilms et al. будет реализован в R пакет «Bigtime» .


Ссылки


* Спасибо @hejseb за ссылку.


2
Этот рабочий документ очень свежий, опубликованный на arXiv только вчера.
— Ричард Харди

Есть ли реализация в Python или R?
— Дэвид Масип

@DavidMasip, см. Обновленный пост для реализации R.
— Ричард Харди
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.