Некоторая графическая интуиция
В AR-моделях циклическое поведение происходит от сложных сопряженных корней до характеристического полинома. Чтобы сначала дать интуицию, я нанес на график функции импульсного отклика ниже для двух примерных моделей AR (2).
- Постоянный процесс со сложными корнями.
- Постоянный процесс с настоящими корнями.
Для , корни характеристического полинома являются где - собственные значения матрицы я определю ниже. С комплексными сопряженными собственными значениями и , управляет демпфированием (где ) и контролирует частоту волны косинуса.J = 1... , Р1λJλ1, … , ΛпAλ = r eя ω тλ¯знак равно т е- я ω трr ∈ [ 0 , 1 )ω
Подробный пример AR (2)
Давайте предположим, что у нас есть AR (2):
YT= ϕ1Yт - 1+ ϕ2Yт - 2+ ϵT
Вы можете написать любой AR (p) как VAR (1) . В этом случае представление VAR (1):
[ уTYт - 1]ИксT= [ ϕ11φ20]A[ ут - 1Yт - 2]Икст - 1+ [ ϵT0]UT
Матрица управляет динамикой и, следовательно, . Характеристическое уравнение матрицы :
Собственные значения :
Собственными векторами являются:
AИксTYTAλ2- ϕ1λ - ϕ2= 0
Aλ1=ϕ1+ϕ21+4ϕ2−−−−−−−√2λ2=ϕ1−ϕ21+4ϕ2−−−−−−−√2
Av1=[λ11]v2=[λ21]
Обратите внимание, что . Формирование разложения по собственным значениям и повышение до й степени.
E[Xt+k∣Xt,Xt−1,…]=AkXtAkAk=[λ11λ21][λk100λk2]⎡⎣1λ1−λ2−1λ1−λ2−λ2λ1−λ2λ1λ1−λ2⎤⎦
Реальное собственное значение приводит к затуханию при поднятии . Собственные значения с ненулевыми мнимыми компонентами приводят к циклическому поведению.λλk
Собственные значения с мнимым компонентом case:ϕ21+4ϕ2<0
В контексте AR (2) мы имеем сложные собственные значения, если . Поскольку является действительным, они должны входить в пары, которые являются комплексными сопряженными друг с другом.ϕ21+4ϕ2<0A
Следуя главе 2 «Прадо и Уэста» (2010), пусть
ct=λλ−λ¯yt−λλ¯λ−λ¯yt−1
Вы можете показать прогноз :E[yt+k∣yt,yt−1,…]
E[yt+k∣yt,yt−1,…]=ctλk+c¯tλ¯k=atrkcos(ωk+θt)
Говоря свободно, добавление комплексных конъюгатов сводит на нет их мнимую составляющую, оставляя вас с единственной затухающей волной косинуса в пространстве действительных чисел. (Обратите внимание, что мы должны иметь для стационарности.)0≤r<1
Если вы хотите найти , , , , начните с использования формулы Эйлера, которая , мы можем написать:rωatθtreiθ=rcosθ+rsinθ
λ=reiωλ¯=re−iωr=|λ|=−ϕ2−−−−√
ω=atan2(imagλ,realλ)=atan2(12−ϕ21−4ϕ2−−−−−−−−−√,12ϕ1)
at=2|ct|θt=atan2(imagct,realct)
аппендикс
Примечание Запутанная терминология, предупреждение! Соотношение характеристического полинома A с характеристическим полиномом AR (p)
Другой трюк с временными рядами - использование оператора запаздывания для записи AR (p) в виде:
(1−ϕ1L−ϕ2L2−…−ϕpLp)yt=ϵt
Замените оператор запаздывания некоторой переменной и люди часто называют как характеристический многочлен модели AR (p). Поскольку этот ответ обсуждает , это в точности характеристический многочлен от где . Корни являются обратными по отношению к собственным значениям. (Примечание: для того, чтобы модель была стационарной, вы хотите , то есть внутри единицы измерения, или, что эквивалентно, , то есть вне единицы измерения.)Lz1−ϕ1z−…−ϕpzpAz=1λz|λ|<1|z|>1
Ссылки
Прадо, Ракель и Майк Уэст, Временные ряды: моделирование, вычисления и умозаключения , 2010