经济时间序列的季节调整解和平滑方法

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1、 第二章第二章 经济时间序列的经济时间序列的季节调整、分解与平滑季节调整、分解与平滑 本章主要介绍经济时间序列的分解和平滑方法。时间序列分解方法包括季节调整和趋势分解，指数平滑是目前比较常用的时间序列平滑方法。1经济指标的月度或季度月度或季度时间序列包含4种变动要素：长期 趋势要素T、循环要素C、季节变动要素S 和不规则要素I。长期趋势要素长期趋势要素 ( (T T ): ): 代表经济时间序列长期的趋势特性。循环要素循环要素 ( (C C ): ): 是以数年为周期的一种周期性变动。季节要素季节要素 ( (S S ): ): 是每年重复出现的循环变动，以12个月或4个季度为周期的周期性影响，

2、由温度、降雨、每年中的假期和 政策等因素引起。季节要素和循环要素的区别在于季节变动是 固定间距（如季或月）中的自我循环，而循环要素是从一个周 期变动到另一个周期，间距比较长且不固定的一种周期性波动 。不规则要素不规则要素 ( (I I ): ): 又称随机因子、残余变动或噪声，其变动无规则可循，这类因素是由偶然发生的事件引起的，如罢工、 意外事故、地震、水灾、恶劣气候、战争、法令更改和预测误 差等。 一、经济时间序列的分解一、经济时间序列的分解2图图1 1 我国工业总产值的时间序列我国工业总产值的时间序列 Y Y 图形图形 图图2 2 工业总产值的趋势工业总产值的趋势 循环要素循环要素 TC

3、TC 图形图形 图图3 3 工业总产值的季节变动要素工业总产值的季节变动要素 S S 图形图形 图图4 4 工业总产值的不规则要素工业总产值的不规则要素 I I 图形图形 3二、季节调整的概念二、季节调整的概念季节性变动的发生，不仅是由于气候的直接影响，而 且社会制度及风俗习惯也会引起季节变动。经济统计中的 月度和季度数据或大或小都含有季节变动因素，以月份或 季度作为时间观测单位的经济时间序列通常具有一年一度 的周期性变化，这种周期变化是由于季节因素的影响造成 的，在经济分析中称为季节性波动。经济时间序列的季节 性波动是非常显著的，它往往遮盖或混淆经济发展中其他 客观变化规律，以致给经济增长速

4、度和宏观经济形势的分 析造成困难和麻烦。因此，在进行经济增长分析时，必须 去掉季节波动的影响，将季节要素从原序列中剔除，这就 是所谓的“季节调整” (Seasonal Adjustment)。 42.12.1 移动平均方法移动平均方法移动平均法(Moving Averages)的基本思路是很简单的，是算术平均的一种。它具有如下特性：1. 周期（及其整数倍）与移动平均项数相等的周期性变动基本得到消除;2. 互相独立的不规则变动得到平滑。这两条特性可以证明。 52.1.12.1.1 简单的移动平均公式简单的移动平均公式时间序列数据 y = y1, y2, , yT ，T 为样本长度，在时点 t 上

5、的2k+1项移动平均值 MAt 的一般表示为(2.1.1)式中的k为正整数，此时移动平均后的序列MA的始端和末端各欠缺k项值，需要用插值或其它方法补齐。 6例如，常用的三项移动平均(2.1.2)两端补欠项： (2.1.3)(2.1.4) 1.1.21.1.2 中心化移动平均中心化移动平均 考虑消除季节变动时，最简单的方法是对月度数据进行12个月移动平均。此时，由于项数是偶数，故常常进行所谓“移动平均的中心化”，即取连续的两个移动平均值的平均值作为该月的值。 7(2.1.5)因为12是偶数，通过求平均值可以达到中心化，即中心化移动平均值为(2.1.6)中心化移动平均的一般公式为(2.1.7)8需

6、要指出的是由于采用12个月中心化移动平均后，序列的两端各有6个欠项值，需要用插值或其它数值计算方法将其补齐。 2.1.32.1.3 加权移动平均加权移动平均 上面介绍的12个月中心化移动平均是二次移动平均，也可以用一次移动平均(2.1.7)式表示，这种移动平均方法就叫做加权平均，其中每一期的权数不相等，下面介绍几种常用的加权移动平均方法。 9除了上述移动平均方法外，X-11季节调整法中还采用亨德松(Henderson)的5, 9, 13和23项加权移动平均。选择特殊的移动平均法是基于数列中存在的随机因子，随机因子越大，求移动平均的项数应越多。101. 1. 季节调整方法的发展季节调整方法的发展

7、 1954年美国商务部国势普查局(Bureau of Census，Depart- ment of Commerce)在美国全国经济研究局(NBER)战前研究的 移动平均比法(The Ratio-Moving Average Method)的基础上， 开发了关于季节调整的最初的电子计算机程序，开始大规模地 对经济时间序列进行季节调整。此后，季节调整方法不断改进 ，每次改进都以X再加上序号表示。1960年，发表了X-3方法 ，X-3方法和以前的程序相比，特异项的代替方法和季节要素 的计算方法略有不同。1961年，国势普查局又发表了X-10方法 。X-10方法考虑到了根据不规则变动和季节变动的相对

8、大小来 选择计算季节要素的移动平均项数。1965年10月发表了X-11方 法，这一方法历经几次演变，已成为一种相当精细、典型的季 节调整方法 2.22.2 经济时间序列的季节调整方法经济时间序列的季节调整方法11X-11方法是基于移动平均法的季节调整方法。它的特征在于除了能适应各种经济指标的性质，根据各种季节调整的目的，选择计算方式外，在不作选择的情况下，也能根据事先编入的统计基准，按数据的特征自动选择计算方式。在计算过程中可根据数据中的随机因素大小，采用不同长度的移动平均，随机因素越大，移动平均长度越大。X-11方法是通过几次迭代来进行分解的，每一次对组成因子的估算都进一步精化。正因为如此，

9、X-11方法受到很高的评价，已为欧美、日本等国的官方和民间企业、国际机构(IMF)等采用，成为目前普遍使用的季节调整方法。12美国商务部国势普查局的X12季节调整程序是在X11方法的基础上发展而来的，包括X11季节调整方法的全部功能，并对X11方法进行了以下3方面的重要改进：(1) 扩展了贸易日和节假日影响的调节功能，增加了季节、趋势循环和不规则要素分解模型的选择功能；(2) 新的季节调整结果稳定性诊断功能；(3) 增加X12-ARIMA模型的建模和模型选择功能。 13X12季节调整方法的核心算法是扩展的X11季节调整程序 。共包括4种季节调整的分解形式：乘法、加法、伪加法和对数加法模型。注意

10、采用乘法、伪加法和对数加法模型进行季节 调整时，时间序列中不允许有零和负数。 加法模型 (2.2.1) 乘法模型： (2.2.2) 对数加法模型： (2.2.3) 伪加法模型： (2.2.4)2 2季节调整的模型选择季节调整的模型选择14设Yt 表示一个无奇异值的月度时间序列，通过预测和回推来扩展序列使得在序列的尾端不需要对季节调整公式进行修改。把Yt 分解为趋势循环项TCt 、季节项St 和不规则要素It 。现以加法模型为例，介绍X12季节调整方法的核心算法（为叙述简便而不考虑补欠项的问题）。共分为三个阶段：3 3X12X12季节调整方法的核心算法季节调整方法的核心算法15 通过中心化12项

11、移动计算平均趋势循环要素的初始估计(2.2.5 ) 计算SI项的初始估计(2.2.6 ) 通过33移动平均计算季节因子S的初始估计(2.2.7 ) 消除季节因子中的残余趋势(2.2.8 ) 季节调整结果的初始估计(2.2.9 )第一阶段第一阶段 季节调整的初始估计季节调整的初始估计16 利用Henderson移动平均公式计算暂定的趋势循环要素 (2.2.10 ) 计算暂定的SI项(2.2.11 ) 通过35项移动平均计算暂定的季节因子(2.2.12 ) 计算最终的季节因子(2.2.13 ) 季节调整的第二次估计结果(2.2.14 )第二阶段第二阶段 计算暂定的趋势循环要素和最终的季节因子计算暂

12、定的趋势循环要素和最终的季节因子17 利用Henderson移动平均公式计算最终的趋势循环要素(2.2.15) 计算最终的不规则要素 (2.2.16) 第三阶段第三阶段 计算最终的趋势循环要素和最终的不规则要素计算最终的趋势循环要素和最终的不规则要素18本节主要介绍利用EViews软件对一个月度或季度时间序 列进行季节调整的操作方法。在EViews工作环境中，打开一个月度或季度时间序列的工作文件，双击需进行数据处理的 序列名，进入这个序列对象，在序列窗口的工具栏中单击 Proc按钮将显示菜单： 2. 2.2. 2.4 4 季节调整相关操作季节调整相关操作 ( (EViewsEViews软件软件

13、) )19一、一、 X11X11方法方法X-11法是美国商务部标准的季节调整方法(乘法模型、加法 模型)，乘法模型适用于序列可被分解为季节调整后序列（趋势 循环不规则要素项）与季节项的乘积，加法模型适用于序列可被分解为季节调整后序列与季节项的和。乘法模型只适用于 序列值都为正的情形。 20如果在季节调整对话框中选择X-11选项，调整后的序列及因子序列会被自动存入EViews工作文件中，在过程的结尾X-11简要的输出及错误信息也会在序列窗口中显示。关于调整后的序列的名字。EViews在原序列名后加SA，但也可以改变调整后的序列名，这将被存储在工作文件中。需要注意，季节调整的观测值的个数是有限制的

14、。X-11只作用于含季节数据的序列，需要至少4整年的数据，最多能调整20年的月度数据及30年的季度数据。 21图图2.1 2.1 社会消费品零售总额的社会消费品零售总额的TCI TCI 序列序列 ( (季节调整后序列季节调整后序列) )22图图2.2 2.2 社会消费品零售总额的社会消费品零售总额的原序列原序列( (蓝线蓝线) )和和季节调整后序列季节调整后序列 ( (TCI TCI 序列序列, , 红线红线) )23二、二、Census X12Census X12方法方法 EViews是将美国国势调查局的X12季节调整程序直接 安装到EViews子目录中，建立了一个接口程序。 EViews进

15、行季节调整时将执行以下步骤：1给出一个被调整序列的说明文件和数据文件；2利用给定的信息执行X12程序；3返回一个输出文件，将调整后的结果存在EViews工作文件中。X12的EViews接口菜单只是一个简短的描述，EViews还提供了一些菜单不能实现的接口功能，更一般的命令接口 程序。 24调用X12季节调整过程，在序列窗口选择Procs/Seasonal Adjustment / Census X12，打开一个对话框： X12方法有5种选择框，下面分别介绍。251. 1. 季节调整选择季节调整选择（Seasonal Seasonal AjustmentAjustment Option Option） X11X11方法方法（X11 MethodX11 Method）这一部分指定季节调整分解的形式：乘法；加法；伪加 法（此形式必须伴随ARIMA说明）；对数加法。注意乘法、伪加法和对数加法不允许有零和负数。