6. Eksponentiaalinen tasoitus Dynaaminen regressio
Transcription
6. Eksponentiaalinen tasoitus Dynaaminen regressio
Ennustaminen ja aikasarja-analyysi Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto 6. H Seppälä & N Lietzén Syksy 2015 Harjoitus 6. Eksponentiaalinen tasoitus Dynaaminen regressio Tuntitehtävät 6.1 Osoita, että ARMA(0,1,1)-prosenssin xt keskineliövirheen mielessä optimaalinen ennuste Dxt = t + θ1 t−1 , (t )t∈T ∼ W N 0, σ 2 , toteuttaa eksponentiaalisen tasoituksen ehdon x̂t+1|t = αxt + (1 − α)x̂t|t−1 kun |θ1 | < 1 ja α = 1 + θ1 . Ratkaisu. Tarkastellaan ARIMA(0,1,1)-prosessin optimaalista ennustetta x̂t+1|t = Ê xt+1 | t , t−1 , ... . Koska Dxt = xt − xt−1 = t + θ1 t−1 , t ∈ T, niin xt+1 = xt + t+1 + θ1 t . Keskineliövirheen mielessä optimaalinen ennuste on ehdollinen odotusarvo (kts Viikko 4, Ennustaminen ARMA-mallilla), joten x̂t+1|t = Ê xt+1 | t , t−1 , ... = Ê xt + t+1 + θ1 t | t , t−1 , ... = Ê xt | t , t−1 , ... + Ê t+1 | t , t−1 , ... + Ê θ1 t | t , t−1 , ... | {z } | {z } | {z } =xt =E[t+1 ]=0 θ1 ˆt = xt + θ1 ˆt , missä ˆ = xt − x̂t|t−1 . Siten x̂t+1|t = xt + θ1 ˆt = xt + θ1 xt − x̂t|t−1 = (1 + θ1 )xt − θ1 x̂t|t−1 = αxt − (α − 1)x̂t|t−1 x̂t+1|t = αxt + (1 − α)x̂t|t−1 , joka on haluttu lopputulos. Huom! Alla samaan lopputulokseen on päästy hieman pidemmällä tavalla. Ohessa tulee käytyä läpi olennaisia osia aikasarjojen rakenteesta: x̂t+1|t + θ1 x̂t|t−1 = (1 + θ1 )xt ja (1 + θ1 L)x̂t+1|t = (1 + θ1 )xt . 1/2 Ennustaminen ja aikasarja-analyysi Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto H Seppälä & N Lietzén Syksy 2015 Harjoitus 6. Edelleen geometrisen summakaavan avulla, että 1 (1 + θ1 )xt x̂t+1|t = (1 + θ1 L) ∞ X = (1 + θ1 ) (−θ1 )i Li xt . (1) i=0 Siispä x̂t+1|t = (1 + θ1 ) ∞ X (−θ1 )i Li xt i=0 = (1 + θ1 )xt + (1 + θ1 ) ∞ X (−θ1 )i xt−i |i=1 P −θ1 {z } ∞ i i=0 (−θ1 ) xt−(i+1) ∞ X = (1 + θ1 )xt − θ1 (1 + θ1 ) (−θ1 )i x(t−1)−i) i=0 | (1) {z } = x̂t|t−1 = (1 + θ1 )xt − θ1 x̂t|t−1 . Lopulta valitsemalla α = 1 + θ1 nähdään, että x̂t+1|t = αxt + (1 − α)x̂t|t−1 . Kotitehtävät 6.2 Osoita, että ARMA(p, q)-prosessin Φ(L)yt = Θ(L)t , (t )t∈T ∼ W N 0, σ 2 , Φ(L) = 1 − φ1 L − φ2 L2 − ... − φp Lp Θ(L) = 1 + θ1 L + θ2 L2 + ... + θq Lq tila-avaruusesitys on φ1 φ2 · · · φr−1 φr t+1 1 0 ··· 0 0 0 0 1 ··· 0 0 0 xt+1 = xt + .. . . .. .. .. . . . . . 0 0 ··· 1 0 0 yt = 1 θ1 θ2 · · · θr−1 xt , missä r = max{p, q + 1} ja φj = 0, kun j > p ja θj = 0 kun j > q. 2/2