则式(1)可以改成算子形式:
(3)
式中:B为移位算子,称 为模型AR(p)的特征方程,特征方程的p个根 ,称为AR模型的特征根。如果p个特征根都在单位圆外,即
(4)
则称AR模型是稳定的,式(4)又称平稳条件。
AR(p)模型建模过程
在建模之前应先对时间序列的均值进行检验,如果样本均值的绝对值小于样本标准差2倍,则序列可看成零均值序列,否则,应对序列进行零均值化处理。然后按照如下步骤建模。
(1)模型定阶
模型定阶就是AR模型中阶数p的确定,一般来说AR模型中阶数p是未知的,若应用模型进行仿真预测,就应该首先确定p的值。其确定方法主要有AIC准则估计法和BIC准则估计法等等。
AIC准则是1971年日本学者赤池(Akaike)给出的一种适用面非常广泛的统计模型选择准则,称为最小信息准则(Akaike Information Criterion),运用这一准则,可以在AR模型参数估计的基础上估计阶数p,其作法是首先引入以下的AIC准则函数:
(5)
其中 为p=k(1≤k≤P)时 的估计,而p=0时 ,P为p的估计上界,一般P的取值由实际情况由经验而定,取 满足:
(6)
则此 为模型阶数p的AIC准则估计[3]。
(2)参数估计
AR(p)模型的参数估计方法较多,AR模型参数估计的方法有很多,主要包括最小二乘法、解Yule-Walker方程法、极大似然估计法和Burg算法等。上述方法中,最小二乘法进行参数估计比较简单,参数估计无偏,精度高,本文选用此种方法进行估计。已知样本序列X={x1,x2,…,xn}将式(1)写成矩阵形式,有
(7)
其中 , ,估计算法如下:
求 ,使 ,称此时的 为最小二乘估计,由最小二乘估计的运算方法可得 与 的最小二乘估计为:
(3)模型检验
由于AR(p)模型的识别与估计是在假设随机扰动项是一白噪声的基础上进行的,因此,如果估计的模型确认正确的话,残差应代表白噪声序列;如果残差不代表白噪声序列,则说明模型的识别与估计有误,需重新进行识别与估计。
(4)预测及评价
对未来的数据进行预测,计算出相对误差及平均误差率(平均误差率的大小从一定程度上反应预测的精度):
(11)
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