可以通过差分使具有复杂单位根的 ARMA 过程平稳吗?

机器算法验证 时间序列 有马 平稳性
2022-04-14 04:38:30

如果一个 ARMA 过程(或只是一个 AR(p) 过程)具有实单位根(即 1 或 -1),那么反复对其求差分将使差分过程弱平稳。

一个 ARMA 过程(或只是一个 AR(p) 过程)可能有复杂的单位根。如果发生这种情况,重复差分是否可以使差分过程弱平稳?

1个回答

是的,无论非平稳循环是否与实根或复根相关,都可以使过程平稳。

例如,以下季节性随机游走:

yt=yt4+ϵtϵtNID(0,σ2),

包含四个单位根:±1,±i(即,2 个实根和 2 个复根)。应用过滤器(1L4)(在哪里L是滞后算子,使得Liyt=yti) 非平稳循环从序列中移除yt, 这并不奇怪,因为我们所做的只是移动yt4到等式的左侧,以便我们得到过滤后的系列是ytyt4=ϵt.

处理 ARIMA 模型时,通常使用季节性差分过滤器。编写如下分解的季节性差分过滤器是很有启发性的(对于本示例中的季度系列):

(1L4)yt=(1L)(1+L)(1+L2)yt=ϵt.

因素(1L)包含根1,(1+L)1(1+L2)复杂的根源±i. 因此,应用过滤器(1+L2)我们
只删除那些与复根相关的循环。

下图中的第一张图显示了模拟随机游走的样本频谱。它包含频率周期的尖峰0(与根有关1),π/23π/2(与根有关±i) 和π(与根有关1)。在第二张图中,与复根相关的循环已被过滤器移除(1+L2); 周期图中间的尖峰不存在,证实这些周期对整个系列的贡献可以忽略不计。

该图可以使用以下 R 代码重现:

set.seed(125)
x <- diffinv(rnorm(100), 4)[-seq(4)]
par(mfrow = c(2,1))
spectrum(x, span = c(3,3), main = paste("Periodogram of a seasonal random walk", dQuote("x")))
spectrum(na.omit(filter(x, filter = c(1,0,1), method = "conv", sides = 1)), 
  span = c(3,3), main = expression(paste("Periodogram of ", (1+L^2), "x")))

周期图