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标题: ARIMA自回归 [打印本页]

作者: 2744557306    时间: 2024-9-20 15:54
标题: ARIMA自回归
ARIMA(自回归积分滑动平均模型, Autoregressive Integrated Moving Average)是一种用于时间序列预测的统计模型。它综合了自回归(AR)和滑动平均(MA)两种成分,同时通过积分(I)处理非平稳序列,使其适合进行预测。ARIMA模型在经济学、金融学、气象学等多个领域得到广泛应用。
  {! H5 J. C* Q, k) y( A4 I$ I! F; J9 z' r# v1 `. q
### ARIMA模型的组成
; k0 p' a& O+ C, p, ~; i' o4 W
4 D: K, J: L5 {& _! H; g1. **自回归(AR)部分**:
/ J1 h1 {! U: [   - AR部分表示当前值与前几个时刻的观测值之间的线性关系。AR模型的阶数通常用p表示,即AR(p)模型表示当前值与前p个时刻的值相关。. |0 L# g7 x  L1 J1 r
   - 形式化表示:  
  H6 z% V  P( n! T1 q1 j5 j& T     \[, E' y* u$ t2 `; R1 _0 U, s
     Y_t = c + \phi_1 Y_{t-1} + \phi_2 Y_{t-2} + \ldots + \phi_p Y_{t-p} + \epsilon_t
$ X3 V8 a7 v3 H, X     \]$ ^2 F2 X* y% I* R6 x, e1 P$ m5 c
     其中,\(Y_t\)是时间序列的当前值,\(\phi_i\)是自回归系数, \(c\) 是常数项,\(\epsilon_t\)是白噪声。
2 W  u; R! y! c8 H. Y4 R
3 H; y) h% D5 }2 ^# T: d7 e2. **积分(I)部分**:9 D4 n* [: Q8 g# m0 ^7 b/ V+ d
   - 积分部分用于处理时间序列的非平稳性。通过对原始序列进行差分操作,使得序列平稳。差分的阶数用d表示,例如,d=1表示对序列进行一次差分。
! j5 n5 q+ `- r, j+ \; q( Z& V   - 一次差分的计算可以表示为:  & M/ w6 g4 m1 |$ `3 A8 R4 X
     \[3 h# S( H& y% v# O8 O' O1 a
     Y'_t = Y_t - Y_{t-1}8 a- [: j: G) k3 d9 D+ U2 W
     \]7 p4 ?* I* N8 F5 {# H& x2 w' V2 P

5 B$ f. P) s9 C+ j7 N3. **滑动平均(MA)部分**:9 e4 H7 a- P% u/ i+ }  X- ?3 c' g0 t6 R
   - MA部分表示当前值与前几个时刻的误差项之间的线性关系。MA模型的阶数用q表示。1 k1 D5 T4 X' z
   - 形式化表示:  
1 ^2 Y/ ~% O9 v- Z  V% n     \[1 E! W1 w* @" c+ T
     Y_t = c + \epsilon_t + \theta_1 \epsilon_{t-1} + \theta_2 \epsilon_{t-2} + \ldots + \theta_q \epsilon_{t-q}
# z- }' h9 |, ?8 O; V" I5 f     \]
2 J. ]1 ^, \: d     其中,\(\theta_i\)是滑动平均系数。
6 T& b( d' J+ w8 ]) ]
9 K. _) _. _0 H3 V& @, }: N: n/ V### ARIMA模型的表示$ U; }1 s4 S. u2 }7 R/ a/ F3 p

6 Z  e9 o- M) C一个ARIMA模型通常表示为ARIMA(p, d, q),其中:
- w) \% D$ p9 X8 Q' R- p:自回归项数
, a& m) N- n9 N, H% G- H4 X- d:差分次数) c/ i+ ]) r6 ^' y& L
- q:滑动平均项数
1 P, d& g5 B" [' k
/ o! l/ w( Q) s1 g0 D' q### 建立ARIMA模型的步骤
+ ]% K& D' p) o0 b
0 V. z( W6 [: Q$ q1. **数据预处理**:
# v4 {' K% ^  ?# U( K   - 数据清洗与处理,包括填补缺失值和去除异常值。6 ~  I: @# m, I* M) Z/ r$ J: ^& U# v
   - 通过可视化手段(如时间序列图)和统计检验(如ADF检验)判断时间序列的平稳性。
7 J+ ^; d* `$ |
' I2 \) o( \, v  ^* ?! f2. **差分**:
2 D- c% F- x+ P. T. I, A   - 如果数据非平稳,进行差分处理以实现平稳化。需确定差分的次数d。
1 @) o- t+ S. L7 \3 |$ r
' h9 ~6 i2 i9 O9 n( g3 _% S3. **模型识别**:
3 w$ g- T4 {* O; e) I   - 使用自相关函数(ACF)和偏自相关函数(PACF)来确定合适的p和q值。
# T& K( A! n2 z  K% z7 j3 A+ T& G% q0 C  i3 O9 h
4. **参数估计**:
; X  N% c$ M- U7 s0 H$ a& k   - 通过最大似然估计或其他优化方法对模型参数进行估计。
! I( ^! }  q5 F" A$ N( b7 h. o6 l& P+ ^# }+ `. B
5. **模型检验**:
% a% ?  {0 s' P- v   - 使用AIC、BIC等信息准则评估模型拟合优劣,或使用Ljung-Box检验检查模型残差是否为白噪声。
* {' Y- s7 W% L0 B& J! x( X0 Q( ?( E
6. **预测**:9 e8 R! T; }9 ~+ f0 q
   - 使用建立的模型进行未来数据的预测,并计算预测置信区间。
# D- _) q  C6 v% U7 T" k5 O  T
) t- T8 M0 O5 d- e. X9 E% D### 总结
0 i" l( S3 K+ ?. {7 \3 H+ Z' k+ ?
' x' p3 {0 @4 h+ R: L$ w( \ARIMA模型是时间序列分析中一种强大的工具,能够有效处理各种季节性和非季节性的时间序列数据。通过综合自回归、积分和滑动平均的特性,ARIMA模型在许多应用场景中表现出色,尤其是在金融市场预测、销量预测等领域。
. L* U  n! y# u4 |$ \- J( z
8 ]( m6 E4 ?- e. C/ w" t4 t
( N: X/ T$ j  `$ q/ N1 a& A
$ ]4 n# \) X2 b1 ]2 p0 M- y: s
) P% Z3 H4 J7 u* @& o

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