ARMA模型的平稳性判别(续)

目录

1.特征根判别法

AR(p)模型对应齐次方程特征根与回归系数多项式根的关系:

2.平稳域判别

(1)AR(1)(一阶)模型平稳域

(2)AR(2)(二阶)模型平稳域

3.举例

4.函数展开成幂级数——麦克劳林级数

小结


1.特征根判别法

AR模型可以看作非齐次差分方程,它的解不妨记作

平稳条件|\lambda _{_{}^{j}}| < 1

  • AR模型平稳 <——> 特征根都在单位圆内

AR(p)模型对应齐次方程特征根与回归系数多项式根的关系:

中心化AR(p)模型:

对应齐次方程的特征方程

自回归系数多项式

我们令 \frac{1}{\lambda }=B  得:

令上式等于 0 ,可知,根为倒数关系

2.平稳域判别

AR(p)模型

平稳   <——>  {\phi _{_{1}},\phi _{_{2}}\cdots ,\phi _{_{p}} | 特征根都在单位圆内}

对于低阶自回归模型通常更为简便。

(1)AR(1)(一阶)模型平稳域

模型

特征方程

特征根

(2)AR(2)(二阶)模型平稳域

模型

特征方程

特征根

平稳域

平稳域的条件有:

由上述条件我们可以推导如下:

再把上述平稳域可视化,如下

3.举例

例子仍为上篇文章中的例子:传送门 

在上一篇文章,我们用R通过绘图,知道了它们是否为平稳性,接下来我们通过特征根和平稳域来判别一下它们的平稳性

第一个:一阶平稳

特征根判别

因为   \lambda _{_{_{1}}}  - 0.8 = 0 ,所以得到  \lambda _{_{_{1}}} = 0.8 。又因为|\lambda _{_{_{1}}}| < 1,所以 平稳。

平稳域判别

可知,\phi _{1} = 0.8,因为 |\phi _{1}^{}| < 1 ,所以平稳

第二个:一阶非平稳

特征根判别

因为   \lambda _{_{_{1}}}  - (-1.1)= 0 ,所以得到  \lambda _{_{_{1}}} = 1.1 。又因为|\lambda _{_{_{1}}}| <>1,所以 非平稳。

平稳域判别

可知,\phi _{1} = -1.1,因为 |\phi _{1}^{}| >1 ,所以 非平稳

第三个:二阶平稳

特征根判别

\lambda^{^{2}} -\lambda +0.5 = 0

 解的:

又因为 模(长度) |r| =\frac{​{\sqrt{2}}{}}{2} < 1 ,所以 平稳

平稳域判别

\phi _{1} = 1 , \phi _{2} = -0.5

|\phi _{2}| = 0.5 < 1

 \phi _{2} +\phi _{1} = 0.5 < 1

 \phi _{2} -\phi _{1} = -1.5 < 1

所以平稳

第四个:二阶非平稳

特征根判别

\lambda^{^{2}} -\lambda -0.5 = 0

解得:

因为 \lambda _{1}^{} 不在单位圆内,所以 非平稳

平稳域判别

\phi _{1} = 1 , \phi _{2} = 0.5

|\phi _{2}| = 0.5 < 1

\phi _{2} +\phi _{1} = 1.5 >1 

\phi _{2} -\phi _{1} = -0.5 < 1

4.函数展开成幂级数——麦克劳林级数

如:

小结

1.

AR(p)模型

 可简记为:

 p阶自回归系数多项式 :

2. 平稳性判定

单位根  特征根都在单位圆内

平稳域

3.函数展开成幂级数——麦克劳林级数