了解带有外生调节因子的季节性 ARIMA: 综合指南

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理解带有外生回归因子的季节性 ARIMA 模型

带有外生回归因素的季节性 ARIMA 模型,或称 SARIMAX,是一种功能强大的时间序列预测模型,它既考虑了季节性模式,也考虑了影响时间序列的外部因素。 在本综合指南中,我们将探索 SARIMAX 的复杂性,学习如何有效地使用它来预测时间序列数据。

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ARIMA 是 Autoregressive Integrated Moving Average 的缩写,是一种常用的时间序列预测模型。 它结合了自回归、差分和移动平均技术来捕捉数据中的基本模式。 然而,ARIMA 并不适合具有季节性模式和外部因素的时间序列数据。 这正是 SARIMAX 发挥作用的地方。

SARIMAX 结合了季节差分和外生回归因子,扩展了 ARIMA 的功能。 季节差分允许模型捕捉数据中的季节性,而外生回归因子则允许纳入可能影响时间序列的外部因素。 通过同时考虑季节模式和外部因素,SARIMAX 能够为复杂的时间序列数据提供更准确的预测。

在本指南中,我们将介绍 SARIMAX 的基础知识,包括数学公式、参数估计和模型诊断。 我们还将探讨选择最佳 SARIMAX 模型的各种技术,包括网格搜索和信息标准。 最后,我们将举例说明如何使用 SARIMAX 预测真实世界的时间序列数据集。

什么是季节性 ARIMA?

季节性自回归综合移动平均法(ARIMA)是一种流行的时间序列预测模型,它同时考虑了数据的趋势和季节性。 它是非季节性 ARIMA 模型的延伸,后者用于预测数据而不考虑季节性因素。

季节性是指以固定间隔重复出现的模式,如每天、每周或每月的周期。 这些模式会对数据产生重大影响,可在经济、金融和气象等多个领域观察到。 为了有效预测具有季节性模式的时间序列数据,有必要使用一种既能捕捉趋势又能捕捉季节性的模型。

季节性 ARIMA 模型通过加入考虑数据季节性成分的附加项来实现这一点。 它包括三个主要部分:

  1. 自回归 (AR) 部分: 该部分捕捉当前观测值与过去观测值的线性组合之间的关系,同时考虑趋势和季节性。
  2. 综合(I)部分: 该部分涉及对数据进行差分,使其成为静态数据。 差分消除了趋势和季节性成分,使数据更适合预测。
  3. 移动平均数(MA)部分: 该部分对当前观测值与之前观测值的残余误差之间的关系进行建模,同时考虑趋势和季节性。 它有助于捕捉数据中的任何剩余依赖关系。

将这些部分结合起来,季节 ARIMA 模型就能捕捉和预测数据中的趋势和季节模式。 它为分析和预测具有季节性波动的时间序列数据提供了一个强大的工具。

季节 ARIMA 如何工作?

季节性 ARIMA(自回归整合移动平均) 是一种强大的时间序列预测模型,它将 ARIMA 的概念与考虑数据季节性的能力相结合。 季节性 ARIMA 被广泛应用于金融、经济和能源等多个领域。

简而言之,季节性 ARIMA 模型同时考虑了时间序列中的非季节性和季节性成分,以便做出准确的预测。 为此,该模型包含三个主要部分:

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  1. **AR(自回归)**成分,它捕捉了观测值与观测值的滞后版本之间的关系。 它考虑了当前值对其先前值的线性依赖关系。
  2. MA(移动平均) 元件,用于模拟观测值与残差误差项之间的关系。 它考虑了当前值对之前残差的线性依赖关系。
  3. 3.I(综合) 部分,它包含了差分的概念,以实现静态性。 差分是指取连续观测值之间的差值,这有助于消除时间序列中的趋势和季节性。

除这些成分外,季节 ARIMA 还通过使用季节差分纳入了季节性概念。 季节差分是指取相隔一定时间单位的观测值之间的差值(如不同年份同月观测值之间的差值)。 这有助于消除时间序列中的季节性模式。

季节性 ARIMA 模型的参数通常通过一个称为模型选择的过程来确定。 这包括选择最适合数据的 AR、MA 和季节成分值。 这一过程通常包括评估时间序列的自相关和偏自相关函数,以确定适当的滞后阶数,以及选择适当的差分水平来实现静态性。

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一旦参数确定,就可以使用季节性 ARIMA 模型对未来时段进行预测。 这些预测既考虑了非季节性因素,也考虑了季节性因素,因此对捕捉和预测数据中的季节性模式特别有用。

总之,Seasonal ARIMA 是一种预测具有季节性的时间序列数据的通用而强大的模型。 通过结合 ARIMA 和季节差分的概念,它能够捕捉和预测时间序列中的非季节性和季节性成分,使其成为许多领域的宝贵工具。

常见问题:

您能解释一下什么是 ARIMA 模型吗?

ARIMA 模型是用于分析和预测时间序列数据的统计模型。 它们是自回归(AR)、移动平均(MA)和差分(I)成分的组合。

如何将外生回归因素纳入 ARIMA 模型?

可以将外生回归变量作为额外的解释变量添加到 ARIMA 模型中。 这样,模型就可以考虑这些回归变量对所分析的时间序列的影响。

使用季节性 ARIMA 模型的目的是什么?

使用季节性 ARIMA 模型的目的是捕捉时间序列数据中可能存在的季节性模式并建立模型。 当数据在固定的时间间隔内显示出重复模式时,这些模型就很有用。

如何确定 ARIMA 模型的顺序?

可以通过分析时间序列数据的自相关函数 (ACF) 和偏自相关函数 (PACF) 图来确定 ARIMA 模型的阶次。 这些图可以帮助确定模型中 AR、MA 和差分成分的适当值。

ARIMA 模型的 AR 和 MA 部分都可以使用外生回归因子吗?

可以,ARIMA 模型的自回归(AR)和移动平均(MA)部分都可以使用外生回归因子。 这样,模型就可以考虑这些回归因子对时间序列的过去值和预测误差的影响。

在季节性 ARIMA 中使用外生回归因子的目的是什么?

在季节性 ARIMA 中使用外生回归因子的目的是纳入可能对所分析的时间序列产生影响的外部变量或因素。 这些外生回归因子可以捕捉到时间序列数据中不存在的额外信息,从而有助于提高预测的准确性。

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