ARMA模型

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如果想用计量模型对时间序列进行预测,那么ARMA模型一定是第一个应当考虑的模型!

当然,ARMA模型本质上仍属于单变量模型,即用变量过去的值来预测变量未来的走势。很多人可能为问,预测靠谱吗?

ARMA模型仅仅是对未来的平均走势进行预测。就比如我们根据先验知识知道西方人比较高,那么我们可能有一定把握预测他们的平均身高是175,但是对于具体的某个人,我们可能就无法预测他的身高了,或者说预测的误差会非常大。ARMA模型中,对于某个具体时点的预测可能不准,但平均来看这样预测是最合理的!

1 ARMA模型的形式

AR模型:

MA模型:

ARMA模型:

AR模型和MA模型是ARMA模型的特例,滞后期决定了ARMA模型的具体形式,如AR的滞后期为2,MA的滞后期为1,则可以写作ARMA(2,1)。

2 ARMA模型的应用

shibor数据分析: 我们日常生活接触到的利率主要是银行的存贷款利率,而银行之间也会发生资金借贷行为、产生利率,即银行间同业拆放利率。银行的存贷款利率受到人民银行的指导,一般一段时间才会调整;银行间同业拆放利率主要受到银行之间的资金供给关系的影响,利率每天都在变动,这为掌握我国资金流动性提供了数据支持。

shibor是上海银行间同业拆放利率,这里采用ARMA模型对shibor的走势建模和分析。

2.1 新建工作文件

在EViews主窗口中选中file/new/workfile

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在Workfile Create窗口的Workfile structrue type中选择Dated-regular frequency;在Data specification的Frequency中选择Daily-5 day week;在Start date中输入2020/01/01,在End date中输入2020/12/31

shibor数据是2020年全年的日度数据,且周六周日shibor市场休市,所以选择Daily-5 day week

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除了上面的日度数据设置方式,也可以在Workfile Create窗口的Start date中输入2020:01,在End date中输入2020:262其中,262是2020年排除周六周日后剩余的天数,需要自己换算

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2.2 导入数据

在EViews主窗口选择File/Import/Import from file

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选择shibor的数据文件;

在Excel Read...窗口的Cell Range中选择Custom range;

在End cell中输入$B$250,设置需要导入的数据范围。

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在Excel Read...窗口中选择shibor数据预览列,并在Name中输入变量的英文名称。日期数据主要是为了导入EViews中时自动和EViews中设置的日期进行匹配,所以日期数据的变量不用输入英文名。

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点击提示框的No,完成数据导入。

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2.3 处理缺失值问题

数据导入成功后,在工作窗口双击shibor打开,发现其中有一些缺失值!

EViews中设置的时间是排除周六周日后的时间,但现实中shibor市场除了周六周日休市外,国庆、五一等节日也会休市,所以产生了缺失值。

但应该注意到,shibor市场休市时,本来就没有shibor利率的交易,所以本身就无数据,而不是没有统计造成的缺失值

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2.3.1 缺失值的第一种处理方法:直接删除

休市时shibor本身无数据,所以可以修改样本的时间范围,直接把休市的日期去除!

在工作文件窗口,点击Sample。

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在Sample窗口的IF condition中输入@isna(shibor)<>1

@isna()是判断变量某个值是否为缺失值,如果是则返回1;否则返回0;由于这里是想删除缺失值,保留非缺失值,所以通过"<>1"来保留不是缺失值的样本范围。

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回到工作文件中,上面的Range是所有的数据量262个,Sample的样本量变为237个;

再次双击打开shibor变量,点击右上角的Sample+/-,可以切换显示/不显示缺失值。

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2.3.2 缺失值的第二种处理方法:插值法

在EViews主窗口依次选择Quick/Generate Series

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在Generate Series by Equation窗口的Enter equation中输入newshibor=@nan(shibor,@mean(shibor));生成新变量newshibor,其中用shibor的非缺失值来填充,而shibor的缺失值用shibor的平均数来填充。

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在工作文件中双击打开newshibor变量,发现缺失值用shibor的平均值1.6096来代替!

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该例中,shibor的缺失值本身就无数据,所以这里采用第一种缺失值处理方法!

2.4 绘制变量的走势图

在工作文件中双击打开shibor变量,在Series窗口中依次选择View/Graph...

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在 Graph Options窗口的Option Pages中选择Basic type;在Specific中选择Line&Symbol,点击OK。

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观察SHIBOR的走势图,发现数据在一定范围波动,基本符合平稳性。但是观测只能作为初步判断,仍需要采用ADF单位根检验方法对shibor变量进行统计学上的平稳性检验。

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2.5 单位根检验

继续在Series窗口中依次选择View/Unit Root Test...

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在Unit Root Test窗口的Test for unit root in中选择Level,在Include in test equation选择None,点击OK。

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在ADF检验结果窗口可以看出,ADF统计量的P值大于0.1,故不显著,存在单位根;

继续进行单位根检验。

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选择Levei和Intercept组合,点击OK。

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在ADF检验结果窗口可以看出,ADF统计量的P值小于0.1,故显著,不存在单位根。因而shibor变量原始序列平稳。

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2.6 绘制自相关与偏自相关图

继续在Series窗口中依次选择View/Correlogram...

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在Correlogram Specification窗口的Correlogram of中选择Level,表示原始序列,在Lags to include中输入36,表示滞后期。

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从自相关与偏自相关图可以看出,自相关拖尾,偏自相关系数一阶截尾。所以初步判定应该是AR(1)模型。

同样,观察法只能当作初步分析,具体形式可以在初步判断的基础上进行调整,然后根据变量显著性、AIC、RIC和R2来确定最优的模型形式。

总之,在确定ARMA模型形式时,不能完全依靠自相关与偏自相关图,而且很多时候并不存在明显的截尾或拖尾现象。需要多估计几个模型形式,然后进行对比,确定最优的形式。

ARMA模型的形式并不固定,不同人可能得出不同的形式!

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2.7 ARMA模型估计与选择

2.7.1 AR(1)模型形式

在EViews主窗口中依次选择Quick/Estimate Equation;

在Equation Estimation窗口的Equation specification中输入shibor shibor(-1),进行估计。

shibor(-1)表示shibor的滞后1期变量;也可以输入shibor ar(1),两者效果一样

注意:原始序列是截距项形式的平稳,所以建立的AR模型必须加常数项,这里仅仅是为了演示ar(1)的操作!

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在估计结果窗口中,主要看SHIBOR(-1)变量的Prob值,R-squared,Akaike info criterion和Schwarz criterion;

再次估计其他ARMA模型形式,该结果窗口会关闭,所以可以点击窗口上的Freeze,进行冻结。

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在冻结窗口中,点击Name,

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在Objec Name的Name to Identify object中输入ar1,给该窗口起个名字,这样估计结果就可以保存到工作文件窗口中。

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2.7.2 带截距的AR(1)模型形式

考虑到在shibor单位根检验中,原始序列中加入截距项时才平稳,所以这里再AR(1)模型中加入常数项。

在EViews主窗口中依次选择Quick/Estimate Equation;

在Equation Estimation窗口的Equation specification中输入shibor shibor(-1) c,进行估计。

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在估计结果窗口中,R-squared有所提升,而Akaike info criterion和Schwarz criterion下降,且SHIBOR(-1)和C的P值均小于0.1,显著。所以该模型优于上一个模型。

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2.7.3 MA(1)模型形式

在EViews主窗口中依次选择Quick/Estimate Equation;

在Equation Estimation窗口的Equation specification中输入shibor ma(1),进行估计。

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在估计结果窗口中,R-squared变为负数,而Akaike info criterion和Schwarz criterion也明显上升。所以该模型不合适。

Variable变量下出现了一个名为SIGMASQ的变量。该变量是对ARMA模型进行ML估计的扰动项方差的估计值,与利用残差平方和计算的方差估计值是有差异。一般情况下不用理会SIGMASQ变量,其也不会进入ARMA模型的表达式中

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2.7.4 ARMA(1,1)模型形式

在EViews主窗口中依次选择Quick/Estimate Equation;

在Equation Estimation窗口的Equation specification中输入shibor ar(1) ma(1) c,进行估计。

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在估计结果窗口中,R-squared与第二个模型的值相近,而Akaike info criterion和Schwarz criterion明显下降,且C、AR(1)和MA(1)变量显著,所以该模型优于第二个模型。

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2.7.5 ARMA(2,1)模型形式

在EViews主窗口中依次选择Quick/Estimate Equation;

在Equation Estimation窗口的Equation specification中输入shibor ar(1) ar(2) ma(1) c,进行估计。

201

在估计结果窗口中,R-squared虽然与第四个模型相比有所上升,但Akaike info criterion和Schwarz criterion却出现了下降,且AR(2)和MA(1)变量不显著,所以该模型不如第四个模型。

202

综合对比,最终选择ARMA(1,1)来估计我国shibor的走势。

3 ARIMA模型

  • 当一个时间序列的原始变量不平稳时,无法直接采用ARMA来构建预测模型。此时可以将原始变量进行差分处理,当其差分后的序列平稳时,就可以采用ARMA来构建预测模型,称为ARIMA(p,n,q)模型,其中n代表n阶差分。

  • 对于经济变量,一阶差分反应了增长量,二阶擦差分反应了增长的加速度。二阶以上的差分将失去经济含义,故最多取二阶差分。二阶差分仍不平稳,就需要考虑对数据取对数变换等方法。

ARIMA的EViews操作与ARMA类似,这里不再举例!



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