时间序列分析实战(一):时序平稳性和白噪声检验

简介: 时间序列分析实战(一):时序平稳性和白噪声检验

1 目的

  有1969年1月至1973年9月在芝加哥海德公园内每28天发生的抢包案件数构成的时间序列x t x_txt,具体数据(行数据)见表1所示,判断该时序的平稳性和纯随机性。同时为用作后续研究,若原序列非平稳,需要使用差分、对数变换、平滑、时序分解等平稳化方法将序列平稳化,并进行白噪声检验

表1 数据表(行数据)

2 平稳性检验

2.1 原始时序图

  运行程序:

library("tseries")                                             #加载包
data<-read.table("F:\\时间序列分析\\数据.txt")#读取数据
data <- t(as.matrix(data))                                     #转化为转置矩阵
dim(data) <- c(12*6,1)                                         #转化为一列数据
data<-data[1:70,]                                              #实验数据
number<-ts(data,start = c(1969,1),frequency = 12)              #转化为时序数据
plot(number,ylab="案件数",xlab="时间")                         #绘制时序图

  运行结果:

图1 1969年1月1——1973年9月芝加哥海德公园抢包案件数时序图

  由图1可以看出,芝加哥海德公园内,每28天发生抢包案件数序列在1971-1972年间存在明显波动。

2.2 时序自相关检验

  运行程序:

acf(number,lag.max = 30)                                      #绘制白噪声序列自相关图

  运行结果:

图2 白噪声序列自相关图

  结合图1、图2可以看出,该序列自相关系数延迟20阶之后依旧显著非零,这说明该序列自相关系数具有长期相关性,且自相关图呈现明显的倒三角特征,这是具有单调趋势的非平稳序列的典型特征,故,我们可以认为该序列非平稳,且具有长期趋势,这里使用差分的方式进行数据处理。

3 差分处理

3.1差分处理后时序图

  由于原始序列为非平稳数据,使用差分方法处理原始数据,令:yt=xtxt1

  然后yt进行平稳性检验。

  运行程序:

diffnumber<-diff(number)                          #差分运算
plot(diffnumber,ylab="案件数",xlab="时间")          #绘制时序图

  运行结果:

图3 1969年1月1——1973年9月芝加哥海德公园抢包案件数差分后时序图

  由图3可以看出,芝加哥海德公园内,每28天发生抢包案件数的差分序列数据始终在10附近波动,无明显趋势或周期。

3.2 差分后序列自相关检验

  运行程序:

acf(diffnumber,lag.max = 30)                                      #绘制白噪声序列自相关图

  运行结果:

图4 白噪声序列自相关图

  结合图4可以看出,该序列除延迟1阶的自相关系数正在两倍标准差之外,其余自相关系数均在两倍标准差之内,我们可以认为该序列具有短期自相关,故,我们可以认为该序列为平稳时间序列。

4 纯随机检验

  运行程序:

k<-c(3,6)                                       #待检验滞后阶数
for(s in k){
  print(Box.test(number,lag=s))
}                                                #检验结果

  运行结果:

## 
##  Box-Pierce test
## 
## data:  number
## X-squared = 47.99, df = 3, p-value = 2.14e-10
## 
## 
##  Box-Pierce test
## 
## data:  number
## X-squared = 60.084, df = 6, p-value = 4.327e-11

  通过纯随机检验结果显示,在前3期和前6期延迟下,由于时序数据数量大于30,采用Q统计量进行检验,其P值均非常小,且小于0.05,说明在0.05显著性水平下,拒绝“延迟期数小于或等于m期的序列值之间相互独立”的原假设,故,我们可以判断该序列为非白噪声序列。

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