Временные ряды

Временной ряд – это набор наблюдений, упорядоченных во времени.

Классификация временных рядов

1. Моментные и интервальные временные ряды

Моментным рядом называется такой ряд, уровни которого характеризуют состояние явления на определенные даты (моменты времени).Примерами моментных рядов могут быть последовательность показателей численности населения на начало года, поголовье скота в фермерских хозяйствах на 1 декабря или 1 июня за несколько лет, величина запаса какого-либо материала на начало периода и т.д.

Интервальный (периодический) временной ряд – последовательность, в которой уровень явления относят к результату, накопленному или вновь произведенному за определенный интервал времени. Таковы, например, ряды показателей объема продукции предприятия по месяцам года, количества отработанных человеко-дней по отдельным периодам (месяцам, кварталам, полугодиям, годам, пятилетиям и т.п.) и т.д. Также примером такого ряда могут служить данные о динамике добычи нефти в Российской Федерации.

Полные и неполные временные ряды

Ряды следующих друг за другом периодов или следующих через определенные промежутки дат называются равноотстоящими или полными.

Если же в рядах даются прерывающиеся периоды или неравномерные промежутки между датами, то ряды называются неравноотстоящими или неполными.

Временные ряды абсолютных, относительных, средних величин

Временные ряды абсолютных величин более полно характеризуют развитие процесса или явления, например: объема валового внутреннего продукта в целом, грузооборота транспорта, инвестиций в основной капитал, производства продукции животноводства и т.д.

Ряды относительных величин могут характеризовать во времени темпы роста (или снижения) определенного показателя; изменение удельного веса того или иного показателя в совокупности; изменение показателей интенсивности отдельных явлений, например, удельный вес приватизированных предприятий в той или иной отрасли; производство продукции надушу населения; структура инвестиций в основной капитал по отраслям экономики и др.

Временные ряды средних величин служат для характеристики изменения уровня явления, отнесенного к единице совокупности, например: данные о среднегодовой численности занятых в экономике, о средней урожайности отдельных сельскохозяйственных культур, о средней заработной плате в отдельных отраслях и т.д.

Временные ряды частных и агрегированных показателей.

Частные показатели характеризуют изучаемое явление односторонне, изолированно. Например, среднесуточный объем выпуска промышленной продукции дает возможность оценить динамику промышленного производства, численность граждан, состоящих на учете в службе занятости; показывает эффективность социальной политики государства; остатки наличных денег у населения и вклады населения в банках отражают платежеспособность населения и т.д.

Агрегированные показатели основаны на частных показателях и характеризуют изучаемый процесс комплексно. Так, чтобы иметь представление о состоянии экономики в России в целом, необходимо определять агрегированный показатель экономической конъюнктуры, включающий в себя и вышеперечисленные частные показатели. Их определяют также при исследовании эффективности производства, технического уровня предприятий, качества продукции, экологического состояния. Широкое применение последних, стало возможным с развитием факторного и компонентного анализа.

Временные ряды по предметной области:

Демографические

Политические

Экономические

Образовательные

Медицинские

Социальные

Правила формирования временных рядов:

А) единицы измерения для всех точек данных должны совпадать;

Б) методика вычисления и технология сбора данных временного ряда должна быть едина;

В) сбор данных и формирование временного ряда должно осуществляться для одного и того же объекта;

Г) фиксирование показателя должно совпадать с моментом времени.

Динамика – изменение, направленное развитие процесса во времени.

Тенденция – устойчивая закономерность изменения процесса во времени.

Тренд – кривая, описывающая закономерность изменения динамического процесса, уравнение кривой.

Прогнозирование по тренду – процесс получения прогнозных оценок динамического процесса на основе тренда

Абсолютный базисный прирост показывает прирост уровней ряда относительно базового периода времени y0 (на сколько), выражается в натуральных единицах измерения

В качестве базовых могут рассматриваться показатели различных периодов.

Например, момент начала вложения капитала, либо запуска проекта.

Абсолютный цепной прирост показывает прирост уровня ряда относительно предыдущего периода времени, выражается в натуральных единицах измерения.

Варианты значений цепного прироста:

1. Сyt= 0, t - уровни ряда постоянны, т.е. yt= const ,t и, соответственно, временная динамика отсутствует. Процесс стационарен.

2. Сyt = const , t - временная динамика имеет линейную тенденцию с равными темпами роста или падения уровней ряда. Процесс линейный.

3. Сyt >= t - возрастание уровней ряда на каждый период. Процесс возрастающий.

4. Сyt <= t - убывание уровней ряда на каждый период. Процесс убывающий.

Ускорение динамики показывает ускорение или замедление тенденции изучаемого процесса/

Рассчитывается по интервалам равной длительности и только для цепных показателей.

Варианты значений ускорения динамики:

1. Ayt>=0 - рост уровня ряда постепенно замедляется или ускоряется его падение. Процесс возрастающий с затуханием, либо скорый, убывающий

2. Ayt<=0 - рост уровня ряда постепенно ускоряется или замедляется его падение. Процесс убывающий с затуханием, либо скорый, возрастающий

3. Ayt=0 - цепной темп роста постоянен и, соответственно, временная динамика имеет линейную тенденцию с равными темпами роста или падения уровней ряда. Линейный процесс

4. Ayt= const . В этом случае временная динамика имеет параболическую тенденцию. Параболический процесс.

1. Линейная тенденция. 2. Стационарный процесс. Отсутствие динамики. 3. Параболическая тенденция. 4. Периодическая тенденция.

Базисный темп роста характеризует в относительных единицах прирост показателя в период времени t относительно базового уровня, выражается в процентах. Показывает во сколько раз увеличился уровень временного ряда относительно базового.

Цепной темп роста показывает увеличение уровня ряда относительно предыдущего значения, выражается в процентах.

Этапы построения модели временного ряда.

1. Сбор исходных данных и их предварительная обработка

2. Анализ данных

         2.1. Расчет основных показателей динамики

2.2. Сглаживание рядов данных (фильтрация)

2.3. Оценка устойчивости уровней ряда

2.4. Оценка устойчивости динамики

2.5. Статистический анализ

3. Синтез модели

         3.1. Идентификация модели

3.2. Апробация модели с оценкой адекватности

4. Использование модели

         4.1. Точечный прогноз

4.2. Интервальный прогноз

Анализ данных временного ряда

Цель анализа – выявить особенности изучаемого процесса, определить наличие временной динамики и ее характер.

Задачи:

1. Рассчитать показатели, характеризующие изучаемый процесс и на их основе определить основные свойства временного ряда.

2.Выполнить сглаживание (фильтрацию) данных и определить точки “выброса”.

3. Проанализировать устойчивость уровней рядов данных и временной динамики.

4. Выполнить статистический анализ данных и определить характер временной динамики.

Методы анализа временных рядов

1. Анализ показателей, характеризующих тенденцию динамики

Абсолютный временной ряд

Относительный временной ряд

2. Прикладные методы (по предметной области)

         Социальные

Финансовые

Медицинские

3. Статистический анализ

         Корреляционный анализ

Кластерный анализ

Сглаживание «фильтрация»

4. Анализ устойчивости

Устойчивость уровней ряда

Устойчивость динамики

5. Вейвлет-анализ (дискретное вейвлет-преобразование)

6. R/S-анализ

Различают следующие типы трендов:

- детерминированный, если значения членов временного ряда могут быть точно определены какой- либо математической функцией

 где a1, a2, a3 - параметры, постоянные коэффициенты модели; t - время.

- стохастический (случайный процесс), если уровни ряда носят случайный характер:

 где  - начальное значение; - случайная величина (прирост уровней ряда).

- смешанный, включает элементы детерминированного и стохастического тренда:

 где a1, a2, q, b, w - постоянные коэффициенты; ut  - случайная величина.

Стохастический процесс называется стационарным, если его свойства не изменяются во времени, в частности он имеет постоянное математическое ожидание, дисперсию и автоковариацию с некоторым запаздыванием k .

Задача прогнозирования заключается в выявлении компонентов кси t, et, исходного временного ряда xt, а также принципов изменения во времени (тренда).

Прогнозная модель временного ряда – модель, аппроксимирующая, приближающая с достаточной степенью точности тренд.