内容简介
《时间序列分析:单变量和多变量方法(第2版)》不仅对单变量与多变量时间序列的时域和频域分析提供了一个全面介绍,而且在书中包含了许多单变量和多变量时问序列模型的新进展,如逆自相关函数、扩展样本自相关函数、干预分析及干预探测、向量自回归移动平均模型、偏滞后自相关矩阵函数、局部过程、状态空间模型、卡尔曼滤波、非季节和季节模型的单位根检验等许多内容。《时间序列分析:单变量和多变量方法(第2版)》结合大量的应用实例说明时间序列分析方法的应用,极大地方便了读者对这些方法的学习和理解。
作者简介
魏武雄(William W.S.Wei)博士是宾夕法尼亚州费城天普大学(Temple University)的统计学教授,自1974年就在此任教。他于1966年获得台湾大学经济学学士学位,又于l969年获得俄勒冈大学 (University ofOregon)的数学学士学位,t972年和l974年分别获得威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)的统计学硕士和统计学博士学位。他的研究兴趣包括时间序列分析、预测方法、统计建模以及统计学在商业和经济学的应用。他是美国统计学会(AmericanStatistical Association,简称ASA)院士,英国皇家统计学会(Royal Statistical Society,RSS)会员,国际统计学会(ISI)入选会员,2002年泛华统计协会(ICSA)的主席。他还是期刊《预测》(Journal of Forecasting)和《应用统计学》(the Journal of AppHed Statistical Science)的副编辑。
内页插图
目录
第1章 概述
1.1 引言
1.2 本书的例子和安排
第2章 基本概念
2.1 随机过程
2.2 自协方差和自相关函数
2.3 偏自相关函数
2.4 白噪声过程
2.5 均值、自协方差和自相关的估计
2.6 时间序列过程的移动平均和白回归表示
2.7 线性差分方程
练习
第3章 平稳时间序列模型
3.1 自回归过程
3.2 移动平均过程
3.3 AR(p)过程和MA(q)过程之间的对偶关系
3.4 自回归移动平均ARMA(p,q)过程
练习
第4章 非平稳时间序列模型
4.1 均值非平稳
4.2 自回归求和移动平均模型
4.3 方差和自协方差非平稳
练习
第5章 预报
5.1 引言
5.2 最小均方误差预报
5.3 预报的计算
5.4 对过去观测值加权平均的ARIMA预报
5.5 更新预报
5.6 最终预报函数
5.7 数值实例
练习
第6章 模型识别
6.1 模型识别的步骤
6.2 实例
6.3 逆自相关函数
6.4 扩展样本自相关函数和其他识别方法
练习
第7章 参数估计、诊断检验和模型选择
7.l 矩方法
7.2 极大似然方法
7.3 非线性估计
7.4 在时间序列分析中的普通最小二乘估计
7.5 诊断检验
7.6 有关序列w1至w7的实例
7.7 模型选择准则
练习
第8章 季节性时间序列模型
8.1 基本概念
8.2 传统方法
8.3 季节性ARIMA模型
8.4 实例
练习
第9章 单位根检验
9.1 引言
9.2 一些有用的极限分布
9.3 AR(1)模型中的单位根检验
9.4 一般模型的单位根检验
9.5 季节性时间序列模型的单位根检验
练习
第10章 干预分析和异常值检验
10.1 干预模型
10.2 干预分析实例
10.3 时间序列的异常值
10.4 异常值分析的实例
10.5 存在异常值时的模型识别
练习
第11章 傅立叶分析
11.1 一般概念
11.2 正交函数
11.3 有限序列的傅立叶表示
11.4 周期序列的傅立叶表示
11.5 非周期序列的傅立叶表示——离散时间序列傅立叶变换
11.6 连续时间函数的傅立叶表示
11.7 快速傅立叶变换
练习
第12章 平稳过程的谱理论
12.1 谱
12.2 一些常用过程的谱
12.3 线性滤波的谱
12.4 混叠
练习
第13章 谱估计
13.1 周期图分析
13.2 样本谱
13.3 平滑谱
13.4 ARMA谱估计
练习
第14章 转换函数模型
14.1 单个输入转换函数模型
14.2 互相关函数和转换函数模型
14.3 转换函数模型的结构
14.4 利用转换函数模型预报
14.5 二元频域分析
14.6 互谱和转换函数模型
14.7 多维输入转换函数模型
练习
第15章 时间序列回归和GARCH模型
15.1 误差具有自相关性的回归
15.2 ARCH和GARCH模型
15.3 GARCH模型的估计
15.4 预报误差方差的计算
15.5 实例
练习
第16章 向量时间序列模型
16.1 协方差和相关矩阵函数
16.2 向量过程的移动平均和自回归表示
16.3 向量自回归移动平均过程
16.4 非平稳向量自回归移动平均模型
16.5 向量时间序列模型的识别
16.6 模型拟合和预报
……
第17章 向量时间序列的深入
第18章 状态空间模型和卡尔曼滤波
第19章 长记忆和非线性过程
第20章 时间序列中的聚积和系统抽样
精彩书摘
第1章 概述
1.1 引言
时间序列是一个有序的观测值序列。通常是按照时间观测的,特别是按照等间隔时间区间观测,但也可以按照其他度量来观测,如空间。时间序列广泛存在于各个领域。在农业领域,我们观测农作物的年度产量和价格等。在商业和经济领域,我们观测股票的日收盘价格、周利息率、月价格指数、季销售额和年利润等。在工程领域,我们观测声音、电流信号和电压等。在地球物理领域,我们记录湍流,一个地区的海浪和地球噪声等。在医学研究领域,我们测量脑电图(EEG)和心电图(EKG)追踪等。在气象学领域,我们观测每小时风速、每日温度和年度降雨量等。在质量控制领域,我们根据某目标值监测一个过程。在社会学领域,我们研究年度出生率、死亡率、事故发生率和各种犯罪率等。此外,时间序列被观测和研究的领域还有很多。 按照时间连续记录的时间序列称为连续时间序列,如电流信号和电压等。
仅在特定时间间隔取值的时间序列称为离散时间序列;如利息率、产量和销售量等。在本书中,我们仅仅处理的是等间隔观测的离散时间序列,因为即便是连续时间序列,为了进行计算,也只能给出在离散区间上的数字化值。
研究时问序列有各种各样的目的。它们包括对数据生成机制的理解和描述,对未来值的预报,以及实现系统的最优化控制。
前言/序言
受中国人民大学出版社的委托,我们翻译了魏武雄教授编写的《时间序列分析——单变量和多变量方法》(第二版)一书。该书是针对有合适专业背景和对该学科感兴趣的研究生和高年级本科生编写的一本教材。对那些在研究中经常遇到时间序列数据的研究人员来说,本书也是一本非常有价值的参考用书。
对于本书即将出版,我们颇感欣慰。因为目前翻译出版的有关时间序列分析的书已经不少,我们担心该书没有特色,无法奉献给读者更多的知识,所以在翻译过程中付出了巨大的精力。翻译完成后,感到辛苦没有白费。
近年来,时间序列已经成为一个相当活跃的领域,出版了很多相关书籍,其中的大部分要么关注时域分析,要么关注频域分析。在这些书中,有些提供的理论背景资料不充分,有些则关于具体应用的介绍太少。而且,大部分书只是关注于单变量时间序列,即使有少量讨论多变量时间序列的书,也多局限于理论部分。
本书不仅对单变量与多变量时间序列的时域和频域分析提供了一个全面的介绍,而且在书中包含了许多单变量和多变量时间序列模型的新进展,如逆自相关函数、扩展样本自相关函数、干预分析及干预探测、向量自回归移动平均模型、偏滞后自相关矩阵函数、局部过程、状态空间模型、卡尔曼滤波、非季节和季节模型的单位根检验、向量时间序列模型中协整、局部过程和等价表示、长记忆过程和非线性时间序列模型、聚积问题等许多内容。
本书的难度适当,叙述通俗易懂,并结合大量的应用实例说明时间序列分析方法的应用,极大地方便了读者对这些方法的学习和理解。
图书简介:深入理解时间序列的动态世界 导言:洞察时间维度中的模式与未来 时间序列数据,作为记录系统随时间推移状态的核心载体,广泛存在于经济学、金融学、气象学、工程学乃至生物医学等诸多领域。理解和预测这些数据的未来走向,是科学研究和商业决策的关键能力。本书旨在为读者提供一套系统、深入且实用的时间序列分析工具箱,涵盖从经典理论到前沿方法的完整知识体系。我们不仅仅关注“如何做”的计算技巧,更侧重于“为什么”背后的统计学原理和模型选择的逻辑,确保读者能够灵活应对真实世界中复杂多变的时间序列挑战。 第一部分:时间序列的基石与单变量模型的构建 本部分将奠定读者对时间序列数据特征和基础处理方法的理解。我们将从时间序列数据的基本概念入手,介绍时间依赖性、平稳性、趋势性与季节性的识别与分解。 平稳性与数据的预处理: 平稳性是许多经典时间序列模型有效性的前提。我们将详细探讨弱平稳和严平稳的定义,并介绍如何通过差分、对数变换、Box-Cox变换等方法对非平稳序列进行必要的预处理,使其满足模型假设。 自相关性分析的核心: 自相关函数(ACF)和偏自相关函数(PACF)是理解时间序列内部依赖结构的“听诊器”。我们将深入剖析这两个函数的物理意义,并演示如何利用它们来初步识别数据的潜在模型结构,这是构建后续模型的基础步骤。 ARIMA 模型家族的精要: 自回归(AR)、移动平均(MA)以及两者的结合——自回归移动平均(ARMA)模型,是时间序列分析的经典核心。我们将详细阐述 $AR(p)$ 和 $MA(q)$ 过程的数学形式、参数估计方法(如最大似然估计)及其局限性。随后,引入差分运算,构建强大的自回归积分移动平均模型(ARIMA)。我们着重讲解如何根据ACF/PACF图谱系统地识别 $p$、 $d$、$q$ 的最优阶数,并讨论模型的诊断检验,如残差白噪声检验(Ljung-Box 检验)和参数显著性分析,确保模型的适用性。 季节性时间序列的处理: 实际数据中季节性现象普遍存在。本书将专门介绍季节性ARIMA(SARIMA)模型,详细阐明如何将季节性因子 $ ext{P}, ext{D}, ext{Q}, m$ 融入到非季节性结构中,从而有效捕捉跨年度的周期性波动。 第二部分:波动率建模与现代时间序列工具 许多金融和经济时间序列的特征在于其波动性(方差)并非恒定,而是随时间变化的。本部分将聚焦于描述和预测这种波动性聚类现象的先进工具。 异方差性的挑战与 ARCH/GARCH 模型: 我们将详细介绍自回归条件异方差性(ARCH)模型的构建原理,以及其更为灵活和常用的广义形式——GARCH $(p, q)$ 模型。本书将深入探讨 GARCH 模型的数学推导、参数估计(通常采用最大似然法)以及其在风险管理和资产定价中的实际应用。此外,我们还将触及更复杂的模型变体,如指数 GARCH (EGARCH) 和 GJR-GARCH 模型,以更好地捕捉波动率的非对称效应(即“杠杆效应”)。 状态空间模型与卡尔曼滤波: 状态空间方法提供了一个统一的框架来处理那些内在结构是不可直接观测的时间序列模型。我们将介绍如何将时间序列模型(如ARMA模型)重构为状态空间形式。核心内容将聚焦于卡尔曼滤波器的原理,理解它如何利用递归的方式,在存在测量误差的情况下,对不可观测的“状态变量”进行最优估计。这为处理有噪声的实时数据流提供了强大的理论支撑。 第三部分:多元时间序列分析与系统互联性 当多个时间序列同时发生作用并相互影响时,分析的复杂度显著增加。本部分将引导读者进入多元时间序列的世界,重点关注变量间的动态交互作用。 向量自回归(VAR)模型基础: VAR 模型是分析多个相互依赖的时间序列的核心工具。我们将详细阐述 $ ext{VAR}(p)$ 模型的结构,其中每个变量的当前值都被建模为所有变量过去值的线性函数。本书将细致地讲解如何选择模型的阶数 $p$,以及如何利用最小二乘法进行参数估计。 格兰杰因果关系检验: 在VAR框架下,我们将介绍 Granger 因果关系检验的方法论。该检验帮助我们判断一个序列的历史信息是否能显著提高对另一个序列未来值的预测能力,从而揭示潜在的动态影响方向。 脉冲响应函数(IRF)与方差分解: 模型建立后,理解系统对外部冲击的反应至关重要。我们将详细解释脉冲响应函数如何描绘一个系统变量对另一个变量施加的“一次性冲击”在未来时间点上如何传播和衰减。方差分解则量化了不同变量的冲击对目标变量预测误差方差的相对贡献度,是理解系统内部结构的重要工具。 协整与向量误差修正模型(VECM): 许多经济变量可能长期趋于一致,即使它们各自是独立的非平稳序列。本书将系统讲解协整的概念,包括 Engle-Granger 两步法和 Johansen 检验。对于存在协整关系的序列,我们将引入向量误差修正模型(VECM),展示如何用 VECM 同时捕捉变量间的短期动态调整和长期均衡关系。 第四部分:时间序列的高级主题与实践考量 最后一部分将探讨一些更贴近实际应用的前沿和补充主题,以及在构建和部署时间序列模型时必须考虑的实践要素。 非线性模型的初步探索: 传统的线性模型无法捕捉所有复杂的时间依赖性。我们将简要介绍非线性时间序列模型的必要性,并介绍阈值自回归模型(TAR)或状态依赖模型的概念,为读者理解更深层次的非线性动态提供入口。 模型选择与信息准则: 如何在多个候选模型中做出最佳选择?我们将系统比较 AIC、BIC、HQIC 等信息准则,理解它们在平衡模型拟合优度与模型复杂性之间的权衡艺术。 模型评估与滚动预测: 强调时间序列预测的独特挑战。我们将详细介绍交叉验证(特别是时间序列专有的滚动原点交叉验证)的方法,以及如何构建稳健的滚动预测方案,以模拟实际应用中不断有新数据流入的情况。 大数据的挑战与维度缩减: 面对高维时间序列数据,经典的 VAR 模型可能因参数过多而失效。本书将介绍主成分时间序列(Principal Component Time Series)分析等方法,用于在保持关键信息的同时,有效降低模型维度。 --- 本书的结构设计旨在实现从基础概念到复杂系统建模的平滑过渡。通过对理论的严谨阐述和对实际案例的细致剖析,我们致力于培养读者对时间序列数据深层次的洞察力,使其不仅能熟练运用现有工具,更能批判性地评估和选择最适合特定问题的分析方法。