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时间序列分析——ARMA模型实验

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基于ARMA模型的社会融资规模增长分析

————ARMA模型实验

第一部分 实验分析目的及方法

一般说来,若时间序列满足平稳随机过程的性质,则可用经典的ARMA模型进行建模和预则。但是, 由于金融时间序列随机波动较大,很少满足ARMA模型的适用条件,无法直接采用该模型进行处理。通过对数化及差分处理后,将原本非平稳的序列处理为近似平稳的序列,可以采用ARMA模型进行建模和分析。

第二部分 实验数据

2.1数据来源

数据来源于中经网统计数据库。具体数据见附录表5.1 。 2.2所选数据变量

社会融资规模指一定时期内(每月、每季或每年)实体经济从金融体系获得的全部资金总额,为一增量概念,即期末余额减去期初余额的差额,或当期发行或发生额扣除当期兑付或偿还额的差额。社会融资规模作为重要的宏观监测指标,由实体经济需求所决定,反映金融体系对实体经济的资金量支持。

本实验拟选取2005年11月到2014年9月我国以月为单位的社会融资规模的数据来构建ARMA模型,并利用该模型进行分析预测。

第三部分 ARMA模型构建

3.1判断序列的平稳性

首先绘制出M的折线图,结果如下图:

- 2 -

图3.1 社会融资规模M曲线图

从图中可以看出,社会融资规模M序列具有一定的趋势性,由此可以初步判断该序列是非平稳的。此外,m在每年同时期出现相同的变动趋势,表明m还存在季节特征。下面对m的平稳性和季节性·进行进一步检验。

为了减少m的变动趋势以及异方差性,先对m进行对数化处理,记为lm,其时序图如下:

图3.2 lm曲线图

对数化后的趋势性减弱,但仍存在一定的趋势性,下面观察lm的自相关图

- 3 -

表3.1 lm的自相关图

上表可以看出,该lm序列的PACF只在滞后一期、二期和三期是显著的,ACF随着滞后结束的增加慢慢衰减至0,由此可以看出该序列表现出一定的平稳性。进一步进行单位根检验,由于存在较弱的趋势性且均值不为零,选择存在趋势项的形式,并根据AIC自动选择之后结束,单位根检验结果如下:

表3.2 单位根输出结果

Null Hypothesis: LM has a unit root Exogenous: Constant, Linear Trend

- 4 -

t-Statistic

Prob.*

Lag Length: 0 (Automatic - based on SIC, maxlag=12)

Augmented Dickey-Fuller test statistic Test critical values:

1% level 5% level 10% leve

l

-8.6746 -4.046925 -3.452764 -3.151911

0.0000

*MacKinnon (1996) one-sided p-values.

单位根统计量ADF=-8.6746小于临界值,且P为0.0000,因此该序列不存在单位根,即该序列是平稳序列。

由于趋势性会掩盖季节性,从lm图中可以看出,该序列有一定的季节性,为了分析季节性,对lm进行差分处理,进一步观察季节性:

图3.3 dlm曲线图

观察dlm 的自相关表:

表3.3 dlm的自相关图

Date: 11/02/14 Time: 22:35 Sample: 2005M11 2014M09 Included observations: 106

Autocorrelation | ****|. .|* |

Partial Correlati

on

| ****|. **|. |

AC

PAC Q-Stat Prob

0.000 0.000

1 -0.566 -0.566 34.934 2 0.113 -0.305 36.341 - 5 -

.|. | *|. | .|* | *|. | .|* | .|. | .|. | .|* | **|. | .|*** | *|. | .|* |

.|. | *|. | .|** | **|. | .|* | *|. | .|. | .|. | **|. | .|*** | *|. | .|. | .|. | *|. | .|* | .|. | .|. | .|. | .|. | .|* |

*|. | *|. | .|. | *|. | *|. | *|. | *|. | .|. | **|. | .|. | .|. | .|* |

.|* | *|. | .|. | .|. | .|. | *|. | .|. | .|. | *|. | .|* | .|* | .|. | .|. | .|. | *|. | .|* | .|. | *|. | .|. | .|. |

3 0.032 -0.093 36.455 0.000

4 -0.084 -0.114 37.244 0.000

5 0.105 0.015 38.494 0.000

-0.186

2 -0.182 42.296 0.000

7 0.105 -0.156 43.563 0.000

-0.17

8 -0.058 1 43.9 0.000 -0.1

0.00

9 -0.019 96

43.996

0 0.110 -0.045 45.429 0.000 11 -0.242 -0.329 52.501 0.000

0.00

12 0.363 0.023

68.516 0

13 -0.202 0.032 73.534 0.000

74.81

14 0.101 0.125

5 0.000

0.14

15 0.004

1 74.817 0.000

16 -0.161 -0.0 78.110

0.000

17 0.219 0.037 84.252 0.000 18 -0.221 -0.036 90.623 0.000

91.66

19 0.0 -0.046 2 0.000 20 -0.080 -0.158 92.516 0.000

21 0.067 -0.039 93.115 0.000 22 0.068 0.056 93.749

0.000

-0.13

3 -0.231

0 101.08

0.000

24 0.359 0.116 119.04 0.000 25 -0.189 0.123

124.09 0.000

26 0.032 0.034 124.23 0.000 27 0.059 0.037 124.74 0.000 28 -0.126

0.044 127.08 0.000

0.00

29 0.087 -0.079 128.21 0

-0.0530

0

0.092 128.58 0.000

31 -0.037 -0.019 128.79 0.000

32 -0.035 0.113 128.97 0.000 33 0.041 -0.056 129.24 0.000 34 0.078 -0.027 130.21 0.000

- 6 -

137.6

**|. | .|*** |

*|. | .|* |

35 -0.215 -0.197

4 0.000

36 0.380 0.130 161.26 0.000

由dlm的自相关图可知,dlm在滞后期为12、24、36等差的自相关系数均显著异于零。因此该序列为以12为周期呈现季节性,而且季节自相关系数并没有衰减至零,因此为了考虑这种季节性,进行季节性差分,得新变量sdlm:

观察sdlm的自相关图:

表3.4 sdlm的自相关图

Date: 11/02/14 Time: 22:40 Sample: 2005M11 2014M09 Included observations: 94

Autocorrelation

****|. | . |. | . |* | **|. | . |* | . |* | . |. | .*|. | . |* | . |** | ***|. | . |* |

CorrelPartial

ation

****|. | **|. | . |. | .*|. | .*|. | . |. | . |* | . |. | .*|. | . |** | **|. | **|. |

AC

PAC Q-Stat Prob

1 0.505 -0.505 24.767 0.000 2 -0.057 -0.419

25.082

0.000

3 0.073 -0.292 25.609 0.000 4 0.160 0.067 28.169 0.000

-0.12

5 -0.2

5

35.252

0.000 0.000 0.000

6 0.098 -0.110

0.08

8 -0.041 -0.139

2 -0.038

37.419 39.27

5 0.000 2

39.900.00

10 0.076 -0.139 11 0.227 0.247

-0.25

12 -0.459 13 0.193 0.1314

9 68.7

0.000

-0.25

1 72.777 0.000

45.485 0.000 36.244 0.000

. |. | ***|. |

7 0.098 0.019 37.243

. |* | .*|. | .*|. | . |. |

.*|. | . |. |

2 -0.101 74.753 0.000

-0.18

9 77.056 0.000

15 -0.142

-0.0516

- 7 -

3 -0.056 77.378 0.000

. |** | . |* | 17 0.233 0.091 18 -0.234 -0.179

83.751 0.000 90.25

0.000 0.00

0

**|. | .*|. | . |* | . |. | . |* | . |. | . |. | . |. | . |* | .*|. | . |* | . |. | . |. | . |* | .*|. |

. |. | . |. | . |. | . |* | . |** | .*|. | .*|. | . |. | .*|. | .*|. | . |. | . |. | .*|. |

19 0.102 0.054 91.505

20 -0.052 -0.035 91.841 0.000 21 0.123 -0.009 93.714 0.000 2-0.02 2

3 -0.011 -0.024 25

32 -0.170 94.301 0.000 0.08

8 -0.137 95.303 0.000 -0.11

27 0.077 8

6 97.562 0.000 78

7 0.000

0.000 0.00

30 0.102 0.039 99.457 -0.1731

9 -0.099 -0.06

104.06

0.000

104.79 0.000

2-0.05-0.197.9629 0.010 0.032 97.982 26 -0.105 -0.034 96.760 0.000

0.215 94.166 0.000 59 0.120

94.150 0.000

. |. | . |. | . |. | . |. | . |* |

.*|. | . |* | .*|. |

32 0.071 -0.058 33 0.031

6 104.93 0.000

106.32 0.000

5 0.000

.*|. | .*|. | 34 -0.089 -0.144 106.13 0.000 35 0.036 0.082 3

6 0.105 -0.102

108.0

Sdlm在滞后期24之后的季节ACF和PACF已衰减至零,下面对sdlm建立SARMA模型。

3.2模型参数识别

由表3.4 sdlm的自相关图的自相关图可知,偏自相关系数在3阶后都落在两倍标准差的范围以内,即不显著异于零。自相关系数在1阶和12阶显著异于零。因此SARMA(p,q)模型中选择p、q均不超过3。此外,由于高阶移动平均模型估计较为困难而且自回归模型可以表示无穷阶的移动平均过程,因此Q尽可能取小。拟选择SARMA(1,0)(1,0)2、SARMA(1,0)(1,1)12、SARMA(1,1)(1,0)12、SARMA(1,1)(1,1)12、SARMA(2,0)(1,0)12、

- 8 -

SARMA(2,0)(1,1)12、SARMA(3,0)(1,0)12、SARMA(3,0)(1,1)1八个模型来拟合sdlnm。

3.3模型参数估计

以SARMA(1,0)(1,0)12模型为例,分析该模型的估计及残差的检验,其他模型类似。 回归结果为:

表3.5 SARMA(1,0)(1,0)12模型估计结果

Dependent Variable: SDLM Method: Least Squares

Date: 11/02/14 Time: 22:50 Sample (adjusted): 2008M01 2014M09 Included observations: 81 after adjustments Convergence achieved after 6 iterations

Variable

C AR(1) SAR(12)

R-squared

Coeffici

Prob. 0.8209 0.0000 0.0000

ent Std. Error t-Statistic

3352 -0.005305 0.02-0.490855 0.098580 -0.850

9

0.096987 -5.6571

-0.227165 -4.979256

498-0.00

3

0.644876 1.427829 1.51651

1.463410

0.448053 Mean dependent var

Akaike info cr

Adjusted R-squared 0.433901 S.D. dependent var S.E. of regression

0.485202 iterion

Sum squared resid 18.36280 Schwarz criterion

Hannan-Quinn crite

Log likelihood F-statistic Prob(F-statistic)

-54.82707 r. 0.000000

31.65901 Durbin-Watson stat 2.348799

.67-.67

Inverted AR Roots .92+.25i .92-.25i .67+.67i i

-.25-.92

.25-.92i -.49 -.92-.25i

- 9 -

.25+.92i i

-.67-.67i -.67-.67i

-.25+.92i -.92+.25i

由表3.3可知, AR(1)与sar(12))的P值均小于0.05,参数显著,可以通过检验。该模型AIC为1.427829,SC值为1.516512。回归结果的最后一部分表示该模型滞后多项式的反特征根,小于1,因此该模型是平稳的。

下面对残差进行检验。观察残差的自相关图:

表3.6 SARMA(1,0)(1,0)1模型的残差检验结果

由表3.6可知, 由Q统计量可知残差存在自相关性,P值远小于0.05,因此残差不满足白噪声的假设。

将八个模型的估计结果进行汇总如下:

表3.7 不同SARMA模型的特征汇总表

- 10 -

AIC SC 1.516512 1.0934 平稳性 是 是 可逆性 是 是 是 是 是 是 是 是 残差是否满足白噪声 否 否 是 是 否 否 是 是 SARMA(1,0)(1,0)12 1.427829 SARMA(1,0)(1,1)12 1.0934 SARMA(1,1)(1,0)12 1.206181 SARMA(1,1)(1,1)121.206181 是 1.010301 1.424354 是 是 10.862496 1.010301 1.000248 SARMA(2,0)(1,0)2 SARMA(2,0)(1,1)1 SARMA(3,0)(1,0)12121.149124 是 0.959325 是 1.2417 1.391729 是 SARMA(3,0)(1,1)2 1.391729 综合来看,根据信息准则,应选择SARMA(1,1)(1,1)12对数据进行拟合是最优的。拟合结果为:

表3.8 SARMA(1,1)(1,1)12模型估计结果

Dependent Variable: SDLM Method: Least Squares Date: 11/02/14 Time: 23:16

Sample (adjusted): 2008M01 2014M09

Included observations: 81 after adjustments Convergence achieved after 13 iterations MA Backcast: 2006M12 2007M12

Variable CAR(1) SAR(12) MA(1) SMA(12)

R-squared

Adjusted R-squared

icient Coeff 21 -0.00680.018663 -0.201623

Std. Error

t-Statistic

Prob. 0.0 232 0.8952 0.0988 0.0000

782 0.002943 -2.3170.141168 0.132203 0.120638 -1.671313

-0.833947 0.080352 -10.37865 0.0000

-0.004983 0.487

0.862496 1.01030

0.921797 2.003373

-0.860391 0.041002 -20.98427

0.701510 Mean dependent var

S.D. dependent va

0.685800 r

S.E. of regression 0.361475 Akaike info criterion Sum squared resid

9.930500 Schwarz criterion

Hannan-Quinn crit

Log likelihood -29.93107 er. F-statistic

44.65381 Durbin-Watson stat

- 11 -

Prob(F-statistic) 0.000000 .62+.62i -.23-.85i

.83

Inverted AR Roots .85+.23i

-.23+.85i -.85+.23i

.85-.23i .62-.62i

.02

.86+.49i .86-.49i

.23+.85i .23-.85i

-.62+.62i -.62+.62i -.85-.23i

Inverted MA Roots .99

-.49-.86i -.99

.49-.86i .49+.86i .00-.99i -.00+.99i

-.49+.86i -.86-.49i -.86+.49i

3.2模型预测

12估计方程下选择动态估计,预测2014年10月至12月的序列值,在 SARMA(1,1)(1,1)

并将结果保存在sdlnmf中,预测情况如下:

图中左边是预测值与置信区间,右边是预测的误差。Theil不等系数中bias proportion表示偏误,即预测均值与真实均值的偏离程度,本例中bias proportion的值为0.000107,预测均值与真实值偏离较小;variance proportion表示方差误,用来反映预测波动与真实波动之间的差异,本例variance proportion为0.649319,则说明预测波动与真实波动的差异较大;covariance proportion表示协方差误,反映残存非系统性预测误差,本例中该值为0.350574,该误差占比越大,预测效果越好。本例中的协方差误要小于方差误,因此预测效果较差。

- 12 -

附录

具体数据

表5.1 社会融资规模M

指标 社会融资规模 地区 全国 频度 月 单位 亿元 2002-01 -472 2002-02 2 2002-03 3136 2002-04 1151 2002-05 1774 2002-06 2621 2002-07 813 2002-08 1585 2002-09 3507 2002-10 795 2002-11 1805 2002-12 3109 2003-01 3386 2003-02 998 2003-03 4041 2003-04 2622 2003-05 2971 2003-06 5842 2003-07 1344 2003-08 3321 2003-09 4040 2003-10 1218 2003-11 1832 2003-12 2498 2004-01 2114 2004-02 438 2004-03 6557 2004-04 2731 2004-05 2443 2004-06 3229 2004-07 590 2004-08 1501 2004-09 2981 2004-10 483 2004-11 1977

2004-12 3586 2005-01 3620 2005-02 824 2005-03 41 2005-04 1999 2005-05 1968 2005-06 4723 2005-07 629 2005-08 2097 2005-09 6041 2005-10 -974 2005-11 2368 2005-12 2524 2006-01 6323 2006-02 1737 2006-03 7472 2006-04 3325 2006-05 3785 2006-06 3843 2006-07 22 2006-08 3362 2006-09 3077 2006-10 894 2006-11 2788 2006-12 3837 2007-01 6908 2007-02 3083 2007-03 6311 2007-04 6103 2007-05 3824 2007-06 7042 2007-07 3100 2007-08 6961 2007-09 5290 2007-10 3688 2007-11 3073 2007-12 4281 2008-01 10859 2008-02 4731 - 13 -

2008-03 6391 2008-04 7076 2008-05 5678 2008-06 5976 2008-07 40 2008-08 4575 2008-09 5659 2008-10 1288 2008-11 4517 2008-12 8164 2009-01 13990 2009-02 11131 2009-03 22011 2009-04 5452 2009-05 14959 2009-06 21067 2009-07 7388 2009-08 7650 2009-09 11871 2009-10 5985 2009-11 9501 2009-12 8100 2010-01 20550 2010-02 10877 2010-03 13830 2010-04 14919 2010-05 10805 2010-06 10196 2010-07 7202 2010-08 10646 2010-09 11224 2010-10 8608 2010-11 10554 2010-12 10780 2011-01 17560 2011-02 68 2011-03 18212 2011-04 13673 2011-05 2011-06 2011-07 2011-08 2011-09 2011-10 2011-11 2011-12 2012-01 2012-02 2012-03 2012-04 2012-05 2012-06

10854 10873 5393 10741 4279 7908 9581 12744 97 10431 18704 9637 11432 17802 2012-07 2012-08 2012-09 2012-10 2012-11 2012-12 2013-01 2013-02 2013-03 2013-04 2013-05 2013-06 2013-07 2013-08 10522 12475 162 12906 11225 16282 246 10705 25503 17629 11871 10375 8191 15841 2013-09 2013-10 2013-11 2013-12 2014-01 2014-02 2014-03 2014-04 2014-05 2014-06 2014-07 2014-08 2014-09 14120 85 12310 12532 26003.94 9369.77 20934.49 15259.45 14013.27 19673.17 2736.94 9576.52 10522.06

存在问题

本次应用ARMA模型分析数据的过程存在不少问题,在整个过程中感觉对模型的理解还不够深入,有一些细节没有理解清楚,具体问题如下: 1、 数据的选取

在收集数据时是否需要按照相关经济学知识判断该变量是否存在自相关性? 在选取数据时只关注了原始数据的时序图,选择了大体呈现随机波动。然而具体进行分析的时候却遇到了很多问题,数据无法通过单位根检验,或者由自相关图可以看出数据不平稳。

2、 遇到数据可以通过单位根检验,但是自相关图呈现如下情况:

这样的自相关图该如何进行分析? 在拟合时,之后q取12模型才能通过。

3、 数据通过了自相关图的检验以及单位根的检验,但是在拟合模型的时候找不到合适的模

型,即所有的模型的残差都不满足白噪声,这是什么原因? 4、 单位根检验过程中,以表3.2为例,

- 14 -

表3.2 单位根输出结果

Null Hypothesis: LM has a unit root Exogenous: Constant, Linear Trend

Lag Length: 0 (Automatic - based on SIC, maxlag=12)

t-Statist

ic -8.6746 -4.046925 -3.452764 -3.15191

1

Prob.* 0.0000

Augmented Dickey-Fuller test statis tic Test critical values:

1% level 5% level 10% lev

el

s. *MacKinnon (1996) one-sided p-value

Lag Length: 0 (Automatic - based on SIC, maxlag=12)这个的意思是否是ADF检验中,p取了0呢?若在此P取0,单位根检验的结果还有效么? 5、 关于季节性,做季节性差分的原因?

6、 预测是对历史数据进行的回测,如何操作才能预测下一期的呢?

15

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