Автокорреляция и её последствия

Содержание

Слайд 2

1. Автокорреляция и её последствия В классической модели считается, что выполняется

1. Автокорреляция и её последствия

В классической модели считается, что выполняется

предпосылка 4° МНК и значение случайной величины не зависит от значений возмущений в других наблюдениях, т.е. при .
В практических задачах это условие может не выполняться.
Слайд 3

Автокорреляция определяется как корре-ляционная зависимость между значениями одного показателя, упорядоченными в

Автокорреляция определяется как корре-ляционная зависимость между значениями одного показателя, упорядоченными

в пространстве или во времени (временные ряды).
Автокорреляция случайной составля-ющей - это корреляционная зависимость со значениями этой же составляющей в других наблюдениях . Величину (вели-чину сдвига) во временных рядах называют лагом. При речь идёт о соседних наб-людениях.
Слайд 4

Различают положительную и отрица-тельную автокорреляцию. В качестве примера проанализируем мо-дель зависимости

Различают положительную и отрица-тельную автокорреляцию.
В качестве примера проанализируем мо-дель

зависимости спроса на мороженное (по ежемесячным данным) от доходов

Очевидно, что будет несколько последо-вательных наблюдений, когда теплая погода способствует увеличению спроса на мороже-ное и, следовательно, значения будут положительные.

в предположении, что состояние погоды будет единственным фактором, "скрытым" в переменной .

Слайд 5

После этого будут несколько после-довательных наблюдений, когда при хо-лодной погоде ситуация

После этого будут несколько после-довательных наблюдений, когда при хо-лодной погоде

ситуация будет складыва-ться противоположным образом (рис. 1).
Слайд 6

Рис. 1

Рис. 1

Слайд 7

Из рисунка видно, что имеются зоны, где наблюдаемые значения оказываются выше

Из рисунка видно, что имеются зоны, где наблюдаемые значения оказываются

выше объясненного значения (лето) и зоны, где они располагаются ниже линейной линии регрессии (зима).
Такие чередующиеся зоны графически выражают положительную автокорреляцию.
Слайд 8

Отрицательная автокорреляция встречается в тех случаях, когда последовательные наб-людения действуют друг

Отрицательная автокорреляция встречается в тех случаях, когда последовательные наб-людения действуют друг

на друга по принци-пу "маятника" - завышенные значения по сравнению с в предыдущем наблюдении приводят к занижению их в последующем наблюдении и наоборот (рис. 2).
Слайд 9

Рис. 2

Рис. 2

Слайд 10

В экономике отрицательная корреляция встречается достаточно редко. Последствия автокорреляции в некоторой

В экономике отрицательная корреляция встречается достаточно редко.
Последствия автокорреляции в

некоторой степени сходны с последствиями гетеро-скедастичности: оценки коэффициентов модели перестают быть эффективными, значения статистик – завышенными, дисперсии оценок являются смещенными.
Слайд 11

2. Обнаружение автокорреляции Для обнаружения автокорреляции в пер-вую очередь можно использовать

2. Обнаружение автокорреляции

Для обнаружения автокорреляции в пер-вую очередь можно использовать

наиболее простой графический способ. Оценкой составляющей является остаток .

Отсюда если корреляция ошибок регрес-сии не равна нулю, то она присутствует и в остатках регрессии.

Слайд 12

В соответствии с предпосылками МНК остатки должны быть случайными, что на

В соответствии с предпосылками МНК остатки должны быть случайными, что

на графике координатной плоскости ( номер наблюдения) выглядит "облаком, проткнутым " осью абсцисс (рис. 3).
Слайд 13

Рис. 3

Рис. 3

Слайд 14

Когда остатки содержат тенденцию (возрастающую (рис. 4) или убывающую) или циклические

Когда остатки содержат тенденцию (возрастающую (рис. 4) или убывающую) или

циклические колебания (рис. 5), то это говорит о наличии автокорреляции.

Рис. 4

Рис. 5

Слайд 15

Для обнаружения автокорреляции используют также статистические тесты. Наиболее распространенным является критерий

Для обнаружения автокорреляции используют также статистические тесты. Наиболее распространенным является

критерий Дарбина-Уотсона. Этот тест используется для обнаружения автокорре-ляции первого порядка, когда автокорре-ляция подчиняется уравнению
(1)
где случайная составляющая, удовлетворяющая предпосылкам МНК.
Слайд 16

Это означает, что величина случайного возмущения в любом наблюдении равна его

Это означает, что величина случайного возмущения в любом наблюдении равна

его значению в предыдущем наблюдении, умноженному на , плюс новое возмуще-ние . Данная схема называется авторегрессией, поскольку определяется значением той же самой величины с запаздыванием. Так как запаздывание здесь равно 1, то уравнение (1) называют авторегрессией 1-го порядка.
Слайд 17

Если , то автокорреляция положитель-на, а при - отрицательна. При автокорреляция

Если , то автокорреляция положитель-на, а при - отрицательна. При

автокорреляция отсутствует.
Критерий Дарбина-Уотсона сводится к проверке гипотезы .
Для проверки гипотезы используется статистика
(2)
которую так и называют статистикой Дарбина-Уотсона.
Слайд 18

Нетрудно показать, что для больших выборок справедливо равенство (3) где выборочный

Нетрудно показать, что для больших выборок справедливо равенство
(3)
где выборочный

коэффициент корреляции между соседними возмущениями, определя-емый по формуле
Слайд 19

Если корреляция отсутствует, то , и согласно выражению (3) величина должна

Если корреляция отсутствует, то , и согласно выражению (3) величина должна

быть близка к 2. При величина и это означает положи-тельную автокорреляцию. Если же то и это говорит об отрицательной автокорреляции.
Слайд 20

Критическое значение статистики зависит от числа факторов модели, от объема выборки

Критическое значение статистики зависит от числа факторов модели, от объема выборки

и, к сожалению, от конкретных значений объясняющих переменных. Поэтому невозможно составить таблицу критических точек статистики , как это можно было сделать для и статистик.
Слайд 21

Но можно вычислить критическую верхнюю и критическую нижнюю границы для критерия

Но можно вычислить критическую верхнюю и критическую нижнюю границы для

критерия , которые зависят только от объёма выборки , числа факторов модели и уровня значимости .

В итоге алгоритм применения теста Дарбина-Уотсона следующий:

выдвигается гипотеза об отсутст-вии автокорреляции;

Слайд 22

по формуле (2) или (3) находится фактическое значение ; по специальным

по формуле (2) или (3) находится фактическое значение ;
по

специальным таблицам Дарбина-Уотсона определяются значения и по известным числам , и ;
по этим значениям числовой проме-жуток изменения разбивается на пять интервалов (рис. 6):
Слайд 23

Рис. 6

Рис. 6

Слайд 24

в зависимости от того, в какой интер-вал попадает фактическое значение делается

в зависимости от того, в какой интер-вал попадает фактическое значение

делается вывод об автокорреляции. Если попадает в зону неопределенности, то тест не даёт ответа об автокорреляции.

Описанный тест обладает следующими недостатками:

тест можно использовать только для тех моделей, которые имеют свободный член;

Слайд 25

тест проверяет только автокорреляцию первого порядка; тест даёт достоверные результаты только

тест проверяет только автокорреляцию первого порядка;
тест даёт достоверные результаты

только при больших выборках;
наличие в тесте зон неопределенности.
Слайд 26

3. Оценка коэффициентов при автокорреляции Рассмотрим основной подход к оценке параметров

3. Оценка коэффициентов при автокорреляции

Рассмотрим основной подход к оценке параметров

регрессии для случая, когда имеется автокорреляция на примере пар-ной линейной регрессии вида
Для предыдущего наблюдения модель запишется
Слайд 27

Будем считать автокорреляцию первого порядка (1) и коэффициент корреляции известным. Умножим

Будем считать автокорреляцию первого порядка (1) и коэффициент корреляции известным.


Умножим на него уравнение (5) и вычтем результат почленно из уравнения (4)
Слайд 28

Сделав замену переменных получим в силу (1) где случайная составляющая, удовлетворяющая

Сделав замену переменных
получим в силу (1)

где случайная составляющая, удовлетворяющая предпосылкам

МНК. Поэтому оценка параметров уравнения (7) может быть выполнена обычным МНК
Слайд 29

Отсюда схема метода: преобразовать исходные переменные по формулам (6) для ;

Отсюда схема метода:
преобразовать исходные переменные по формулам (6) для ;

применив обычный МНК к уравнению (7), определить оценки коэффициентов этого уравнения;
вычислить оценку по формуле
Слайд 30

записать оценку исходного уравнения Видно, что такой способ преобразования переменных приводит

записать оценку исходного уравнения

Видно, что такой способ преобразования

переменных приводит к потере первого наб-людения. Это уменьшает на единицу число степеней свободы и при малых объёмах представляет чувствительную потерю. В этих случаях первое наблюдение восстанавливают с помощью поправки Прайса-Уинстона:
Слайд 31

Основная идея метода основывается на зна-нии . Но на практике этот

Основная идея метода основывается на зна-нии . Но на практике этот

коэффициент неизвестен. Существуют различные методы его оценки. Например, оценку можно найти с использованием статистики Дарбина-Уотсона
Слайд 32

Другой подход, называемый методом Кохрана-Оркатта, представляет следующий итерационный процесс: 1. Оценивается

Другой подход, называемый методом Кохрана-Оркатта, представляет следующий итерационный процесс:
1. Оценивается

регрессия (4) с исход-ными непреобразованными данными.
2. Вычисляются остатки .
3. Оценивается регрессионная зависи-мость от , соответствующая формуле
где оценка