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計量經(jīng)濟(jì)學(xué)第十章時間序列計量經(jīng)濟(jì)模型計量經(jīng)濟(jì)學(xué)第十章引子:是真回歸還是偽回歸?經(jīng)典回歸分析的做法是:首先采用普通最小二乘法(OLS)對回歸模型進(jìn)行估計,然后根據(jù)可決系數(shù)或F檢驗(yàn)統(tǒng)計量值的大小來判定變量之間的相依程度,根據(jù)回歸系數(shù)估計值的t統(tǒng)計量對系數(shù)的顯著性進(jìn)行判斷,最后在回歸系數(shù)顯著不為零的基礎(chǔ)上對回歸系數(shù)估計值給予經(jīng)濟(jì)解釋。
引子:是真回歸還是偽回歸?經(jīng)典回歸分析的做法是:為了分析某國的個人可支配總收入與個人消費(fèi)總支出的關(guān)系,用OLS法作關(guān)于的線性回歸,得到如下結(jié)果:為了分析某國的個人可支配總收入與個人消費(fèi)總支出的關(guān)系從回歸結(jié)果來看,非常高,個人可支配總收入的回歸系數(shù)t統(tǒng)計量也非常大,邊際消費(fèi)傾向符合經(jīng)濟(jì)假設(shè)。憑借經(jīng)驗(yàn)判斷,這個模型的設(shè)定是好的,應(yīng)是非常滿意的結(jié)果。準(zhǔn)備將這個計量結(jié)果用于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)分析和經(jīng)濟(jì)預(yù)測??墒怯腥颂岢?,這個回歸結(jié)果可能是虛假的!可能只不過是一種“偽回歸”!
從回歸結(jié)果來看,非常高,個人可支配總收入的回歸系數(shù)
“要千萬小心!”這里用時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行的回歸,究竟是真回歸還是偽回歸呢?為什么模型、樣本、數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)結(jié)果都很理想,卻可能得到“偽回歸”的結(jié)果呢?
“要千萬小心!”時間序列數(shù)據(jù)被廣泛地運(yùn)用于計量經(jīng)濟(jì)研究。經(jīng)典時間序列分析和回歸分析有許多假定前提,如序列的平穩(wěn)性、正態(tài)性等。直接將經(jīng)濟(jì)變量的時間序列數(shù)據(jù)用于建模分析,實(shí)際上隱含了上述假定,在這些假定成立的條件下,據(jù)此而進(jìn)行的t檢驗(yàn)、F檢驗(yàn)等才具有較高的可靠度。越來越多的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)表明,經(jīng)濟(jì)分析中所涉及的大多數(shù)時間序列是非平穩(wěn)的。時間序列數(shù)據(jù)被廣泛地運(yùn)用于計量經(jīng)濟(jì)研究。經(jīng)典時間序列分析和回問題:●如果直接將非平穩(wěn)時間序列當(dāng)作平穩(wěn)時間序列來進(jìn)行分析,會造成什么不良后果;●如何判斷一個時間序列是否為平穩(wěn)序列;●當(dāng)我們在計量經(jīng)濟(jì)分析中涉及到非平穩(wěn)時間序列時,應(yīng)作如何處理?
問題:第十章時間序列計量經(jīng)濟(jì)模型本章主要討論:
時間序列的基本概念時間序列平穩(wěn)性的單位根檢驗(yàn)協(xié)整第十章時間序列計量經(jīng)濟(jì)模型本章主要討論:第一節(jié)時間序列基本概念
本節(jié)基本內(nèi)容:
●偽回歸問題●隨機(jī)過程的概念●時間序列的平穩(wěn)性
第一節(jié)時間序列基本概念本節(jié)基本內(nèi)容:一、偽回歸問題傳統(tǒng)計量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型的假定條件:序列的平穩(wěn)性、正態(tài)性。所謂“偽回歸”,是指變量間本來不存在相依關(guān)系,但回歸結(jié)果卻得出存在相依關(guān)系的錯誤結(jié)論。20世紀(jì)70年代,Grange、Newbold研究發(fā)現(xiàn),造成“偽回歸”的根本原因在于時序序列變量的非平穩(wěn)性一、偽回歸問題傳統(tǒng)計量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型的假定條件:序列的平穩(wěn)性、正二、隨機(jī)過程有些隨機(jī)現(xiàn)象,要認(rèn)識它必須研究其發(fā)展變化過程,隨機(jī)現(xiàn)象的動態(tài)變化過程就是隨機(jī)過程。例如,考察一段時間內(nèi)每一天的電話呼叫次數(shù),需要考察依賴于時間t的隨機(jī)變量,{}就是一隨機(jī)過程。又例如,某國某年的GNP總量,是一隨機(jī)變量,但若考查它隨時間變化的情形,則{}就是一隨機(jī)過程。二、隨機(jī)過程有些隨機(jī)現(xiàn)象,要認(rèn)識它必須研究其發(fā)展變化過程,隨隨機(jī)過程的嚴(yán)格定義若對于每一特定的,為一隨機(jī)變量,則稱這一族隨機(jī)變量{}為一個隨機(jī)過程。若
為一區(qū)間,則{}為一連續(xù)型隨機(jī)過程。若
為離散集合,如或,則{}為離散型隨機(jī)過程。離散型時間指標(biāo)集的隨機(jī)過程通常稱為隨機(jī)型時間序列,簡稱為時間序列。隨機(jī)過程的嚴(yán)格定義三、時間序列的平穩(wěn)性所謂時間序列的平穩(wěn)性,是指時間序列的統(tǒng)計規(guī)律不會隨著時間的推移而發(fā)生變化。直觀上,一個平穩(wěn)的時間序列可以看作一條圍繞其均值上下波動的曲線。從理論上,有兩種意義的平穩(wěn)性,一是嚴(yán)格平穩(wěn),另一種是弱平穩(wěn)。三、時間序列的平穩(wěn)性所謂時間序列的平穩(wěn)性,是指時間序列的統(tǒng)計嚴(yán)格平穩(wěn)是指隨機(jī)過程{}的聯(lián)合分布函數(shù)與時間的位移無關(guān)。設(shè){}為一隨機(jī)過程,為任意實(shí)數(shù),若聯(lián)合分布函數(shù)滿足:則稱{}為嚴(yán)格平穩(wěn)過程,它的分布結(jié)構(gòu)不隨時間推移而變化。
嚴(yán)格平穩(wěn)弱平穩(wěn)是指隨機(jī)過程{}的期望、方差和協(xié)方差不隨時間推移而變化。若{}滿足:
則稱{}為弱平穩(wěn)隨機(jī)過程。在一般的分析討論中,平穩(wěn)性通常是指弱平穩(wěn)。弱平穩(wěn)時間序列的非平穩(wěn)性是指時間序列的統(tǒng)計規(guī)律隨著時間的位移而發(fā)生變化,即生成變量時間序列數(shù)據(jù)的隨機(jī)過程的特征隨時間而變化。在實(shí)際中遇到的時間序列數(shù)據(jù)很可能是非平穩(wěn)序列,而平穩(wěn)性在計量經(jīng)濟(jì)建模中又具有重要地位,因此有必要對觀測值的時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)。時間序列的非平穩(wěn)性
第二節(jié)
時間序列平穩(wěn)性的單位根檢驗(yàn)
本節(jié)基本內(nèi)容:
●單位根檢驗(yàn)●Dickey-Fuller檢驗(yàn)●AugmentedDickey-Fuller檢驗(yàn)第二節(jié)
時間序列一、單位根過程為了說明單位根過程的概念,我們側(cè)重以AR(1)模型進(jìn)行分析:
根據(jù)平穩(wěn)時間序列分析的理論可知,當(dāng)時,該序列{}是平穩(wěn)的,此模型是經(jīng)典的Box-Jenkins時間序列AR(1)模型。一、單位根過程為了說明單位根過程的概念,我們側(cè)重以AR(1)當(dāng),則序列的生成過程變?yōu)槿缦码S機(jī)游動過程(RandomWalkProcess):其中{}獨(dú)立同分布且均值為零、方差恒定為。隨機(jī)游動過程的方差為:
當(dāng)時,序列的方差趨于無窮大,說明隨機(jī)游動過程是非平穩(wěn)的。當(dāng),則序列的生成過程變?yōu)槿缦码S機(jī)游動
單位根過程如果一個序列是隨機(jī)游動過程,則稱這個序列是一個“單位根過程”。為什么稱為“單位根過程”?將一階自回歸模型表示成如下形式:
其中,是滯后算子,即
單位根過程如果一個序列是隨機(jī)游動過程,則稱這個序列是一個“根據(jù)模型的滯后多項(xiàng)式,可以寫出對應(yīng)的線性方程:(通常稱為特征方程)該方程的根為:。當(dāng)時序列是平穩(wěn)的,特征方程的根滿足條件;當(dāng)時,序列的生成過程變?yōu)殡S機(jī)游動過程,對應(yīng)特征方程的根,所以通常稱序列含有單位根,或者說序列的生成過程為“單位根過程”。
根據(jù)模型的滯后多項(xiàng)式,可以寫出對應(yīng)的線性方程:結(jié)論:隨機(jī)游動過程是非平穩(wěn)的。因此,檢驗(yàn)序列的非平穩(wěn)性就變?yōu)闄z驗(yàn)特征方程是否有單位根,這就是單位根檢驗(yàn)方法的由來。結(jié)論:從單位根過程的定義可以看出,含一個單位根的過程,其一階差分:是一平穩(wěn)過程,像這種經(jīng)過一次差分后變?yōu)槠椒€(wěn)的序列稱為一階單整序列(IntegratedProcess),記為。
從單位根過程的定義可以看出,含一個單位根的過程,其一階差分:有時,一個序列經(jīng)一次差分后可能還是非平穩(wěn)的,如果序列經(jīng)過二階差分后才變成平穩(wěn)過程,則稱序列為二階單整序列,記為。一般地,如果序列經(jīng)過次差分后平穩(wěn),而次差分卻不平穩(wěn),那么稱為階單整序列,記為
,稱為整形階數(shù)。特別地,若序列本身是平穩(wěn)的,則稱序列為零階單整序列,記為。有時,一個序列經(jīng)一次差分后可能還是非平穩(wěn)的,如果序列經(jīng)過二階二、Dickey-Fuller檢驗(yàn)(DF檢驗(yàn))大多數(shù)經(jīng)濟(jì)變量呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的趨勢特征。這些具有趨勢特征的經(jīng)濟(jì)變量,當(dāng)發(fā)生經(jīng)濟(jì)振蕩或沖擊后,一般會出現(xiàn)兩種情形:●受到振蕩或沖擊后,經(jīng)濟(jì)變量逐漸又回它們的長期趨勢軌跡;●這些經(jīng)濟(jì)變量沒有回到原有軌跡,而呈現(xiàn)出隨機(jī)游走的狀態(tài)。若我們研究的經(jīng)濟(jì)變量遵從一個非平穩(wěn)過程,一個變量對其他變量的回歸可能會導(dǎo)致偽回歸結(jié)果。這是研究單位根檢驗(yàn)的重要意義所在。二、Dickey-Fuller檢驗(yàn)(DF檢驗(yàn))大多數(shù)經(jīng)濟(jì)變量假設(shè)數(shù)據(jù)序列是由下列自回歸模型生成的:其中,獨(dú)立同分布,期望為零,方差為,我們要檢驗(yàn)該序列是否含有單位根。檢驗(yàn)的原假設(shè)為:
回歸系數(shù)的OLS估計為:
檢驗(yàn)所用的統(tǒng)計量為:假設(shè)數(shù)據(jù)序列是由下列自回歸模型生成的:在成立的條件下,t統(tǒng)計量為:
Dickey、Fuller通過研究發(fā)現(xiàn),在原假設(shè)成立的情況下,該統(tǒng)計量不服從t分布。所以傳統(tǒng)的t檢驗(yàn)法失效。但可以證明,上述統(tǒng)計量的極限分布存在,一般稱其為Dickey-Fuller分布。根據(jù)這一分布所作的檢驗(yàn)稱為DF檢驗(yàn),為了區(qū)別,t統(tǒng)計量的值有時也稱為值。在成立的條件下,t統(tǒng)計量Dickey、Fuller得到DF檢驗(yàn)的臨界值,并編制了DF檢驗(yàn)臨界值表供查。在進(jìn)行DF檢驗(yàn)時,比較t統(tǒng)計量值與DF檢驗(yàn)臨界值,就可在某個顯著性水平上拒絕或接受原假設(shè)。在實(shí)際應(yīng)用中,可按如下檢驗(yàn)步驟進(jìn)行:(1)根據(jù)觀察數(shù)據(jù),用OLS法估計一階自回歸模型,得到回歸系數(shù)的OLS估計:Dickey、Fuller得到DF檢驗(yàn)的臨界值,并編制了DF(2)提出假設(shè)檢驗(yàn)用統(tǒng)計量為常規(guī)t統(tǒng)計量,
(3)計算在原假設(shè)成立的條件下t統(tǒng)計量值,查DF檢驗(yàn)臨界值表得臨界值,然后將t統(tǒng)計量值與DF檢驗(yàn)臨界值比較:若t統(tǒng)計量值小于DF檢驗(yàn)臨界值,則拒絕原假設(shè),說明序列不存在單位根;若t統(tǒng)計量值大于或等于DF檢驗(yàn)臨界值,則接受原假設(shè),說明序列存在單位根。(2)提出假設(shè)Dickey、Fuller研究發(fā)現(xiàn),DF檢驗(yàn)的臨界值同序列的數(shù)據(jù)生成過程以及回歸模型的類型有關(guān),因此他們針對如下三種方程編制了臨界值表,后來Mackinnon把臨界值表加以擴(kuò)充,形成了目前使用廣泛的臨界值表,在EViews軟件中使用的是Mackinnon臨界值表。Dickey、Fuller研究發(fā)現(xiàn),DF檢驗(yàn)的臨界值同序列的這三種模型如下:模型I:
模型Ⅱ:
模型Ⅲ:
這三種模型如下:DF檢驗(yàn)存在的問題是,在檢驗(yàn)所設(shè)定的模型時,假設(shè)隨機(jī)擾動項(xiàng)不存在自相關(guān)。但大多數(shù)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)序列是不能滿足此項(xiàng)假設(shè)的,當(dāng)隨機(jī)擾動項(xiàng)存在自相關(guān)時,直接使用DF檢驗(yàn)法會出現(xiàn)偏誤,為了保證單位根檢驗(yàn)的有效性,人們對DF檢驗(yàn)進(jìn)行拓展,從而形成了擴(kuò)展的DF檢驗(yàn)(AugmentedDickey-FullerTest),簡稱為ADF檢驗(yàn)。
三、AugmentedDickey-Fuller檢驗(yàn)(ADF檢驗(yàn))DF檢驗(yàn)存在的問題是,在檢驗(yàn)所設(shè)定的模型時,假設(shè)隨機(jī)擾動項(xiàng)不假設(shè)基本模型為如下三種類型:模型I:
模型Ⅱ:
模型Ⅲ:
其中為隨機(jī)擾動項(xiàng),它可以是一個一般的平穩(wěn)過程。
假設(shè)基本模型為如下三種類型:為了借用DF檢驗(yàn)的方法,將模型變?yōu)槿缦率剑耗P虸:
模型Ⅱ:
模型Ⅲ:
可以證明,在上述模型中檢驗(yàn)原假設(shè)的t統(tǒng)計量的極限分布,與DF檢驗(yàn)的極限分布相同,從而可以使用相同的臨界值表,這種檢驗(yàn)稱為ADF檢驗(yàn)。為了借用DF檢驗(yàn)的方法,將模型變?yōu)槿缦率剑焊鶕?jù)《中國統(tǒng)計年鑒2012》,得到我國1978—2011年的GDP序列(如表10.1),檢驗(yàn)其是否為平穩(wěn)序列。
表10.1中國1978—2011年度GDP序列例10.1年度GDP年度GDP年度GDP19783645.22199018667.822002120332.719794062.58199121781.52003135822.819804545.62199226923.482004159878.319814891.56199335333.922005184937.419825323.35199448197.862006216314.419835962.65199560793.732007265810.319847208.05199671176.592008314045.419859016.04199778973.032009340902.8198610275282010401512.8198712058.62199989677.052011473104.1198815042.82200099214.55
198916992.322001109655.2
根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒2012》,得到我國1978—2011年的時序圖見圖10.1時序圖見圖10.1由GDP時序圖可以看出,該序列可能存在趨勢項(xiàng),因此選擇ADF檢驗(yàn)的第三種模型進(jìn)行檢驗(yàn)。估計結(jié)果如下:由GDP時序圖可以看出,該序列可能存在趨勢項(xiàng),因此選擇ADF在原假設(shè)下,單位根的t檢驗(yàn)統(tǒng)計量的值為
在1%、5%、10%三個顯著性水平下,單位根檢驗(yàn)的Mackinnon臨界值分別為-4.28458、-3.562882、-3.215267,顯然,上述t檢驗(yàn)統(tǒng)計量值大于相應(yīng)臨界值,從而不能拒絕,表明我國1978——2011年度GDP序列存在單位根,是非平穩(wěn)序列。在原假設(shè)下,單位根的t檢驗(yàn)統(tǒng)計量的值為第三節(jié)協(xié)整本節(jié)基本內(nèi)容:●協(xié)整的概念●協(xié)整檢驗(yàn)●誤差修正模型第三節(jié)協(xié)整本節(jié)基本內(nèi)容:一、協(xié)整的概念引例:一個貨幣需求分析的例子。依照經(jīng)典理論,一國或一地區(qū)的貨幣需求量主要取決于規(guī)模變量和機(jī)會成本變量,即實(shí)際收入、價格水平以及利率。以對數(shù)形式的計量經(jīng)濟(jì)模型將貨幣需求函數(shù)描述出來,形式為:其中,
為貨幣需求,
為價格水平,
為實(shí)際收入總額,
為利率,
為擾動項(xiàng),
為模型參數(shù)。一、協(xié)整的概念引例:一個貨幣需求分析的例子。問題:估計出來的貨幣需求函數(shù)是否揭示了貨幣需求的長期均衡關(guān)系?(1)如果上述貨幣需求函數(shù)是適當(dāng)?shù)模敲簇泿判枨髮﹂L期均衡關(guān)系的偏離將是暫時的,擾動項(xiàng)序列是平穩(wěn)序列,估計出來的貨幣需求函數(shù)就揭示了貨幣需求的長期均衡關(guān)系。(2)相反,如果擾動項(xiàng)序列有隨機(jī)趨勢而呈現(xiàn)非平穩(wěn)現(xiàn)象,那么模型中的誤差會逐步積聚,使得貨幣需求對長期均衡關(guān)系的偏離在長時期內(nèi)不會消失。問題:估計出來的貨幣需求函數(shù)是否揭示了貨幣需求的長期均衡關(guān)系
上述貨幣需求模型是否具有實(shí)際價值,關(guān)鍵在于擾動項(xiàng)序列是否平穩(wěn)。貨幣供給量、實(shí)際收入、價格水平以及利率可能是I(1)序列。一般情況下,多個非平穩(wěn)序列的線性組合也是非平穩(wěn)序列。如果貨幣供給量、實(shí)際收入、價格水平以及利率的任何線性組合都是非平穩(wěn)的,那么上述貨幣需求模型的擾動項(xiàng)序列就不可能是平穩(wěn)的,從而模型并沒有揭示出貨幣需求的長期穩(wěn)定關(guān)系。上述貨幣需求模型是否具有實(shí)際價值,關(guān)鍵在于擾動項(xiàng)序列是反過來說,如果上述貨幣需求模型描述了貨幣需求的長期均衡關(guān)系,那么擾動項(xiàng)序列必定是平穩(wěn)序列,也就是說,非平穩(wěn)的貨幣供給量、實(shí)際收入、價格水平以及利率四變量之間存在平穩(wěn)的線性組合。
上述例子向我們揭示了這樣一個事實(shí):“包含非平穩(wěn)變量的均衡系統(tǒng),必然意味著這些非平穩(wěn)變量的某種組合是平穩(wěn)的”這正是協(xié)整理論的思想。
反過來說,如果上述貨幣需求模型描述了貨幣需求的長期均衡關(guān)系,所謂協(xié)整,是指多個非平穩(wěn)變量的某種線性組合是平穩(wěn)的。例如,收入與消費(fèi),工資與價格,政府支出與稅收,出口與進(jìn)口等,這些經(jīng)濟(jì)時間序列一般是非平穩(wěn)序列,但它們之間卻往往存在長期均衡關(guān)系。下面給出協(xié)整的嚴(yán)格定義:對于兩個序列如果,而且存在一組非零常數(shù),使得則稱之間是協(xié)整的。所謂協(xié)整,是指多個非平穩(wěn)變量的某種線性組合是平穩(wěn)的。一般的,設(shè)有個序列用表示由此個序列構(gòu)成的維向量序列,如果:(1)每一個序列都是階單整序列,即;
一般的,設(shè)有個序列(2)存在非零向量,使得為(
)階單整序列,即。則稱向量序列的分量間是、階協(xié)整的,記為,向量稱為協(xié)整向量。(2)存在非零向量,使得特別地,若,則,說明盡管各個分量序列是非平穩(wěn)的一階單整序列,但它們的某種線性組合卻是平穩(wěn)的。這種(1,1)階協(xié)整關(guān)系在經(jīng)濟(jì)計量分析中較為常見。例如,假設(shè)變量與變量之間為(1,1)階協(xié)整關(guān)系,協(xié)整向量為,則這種協(xié)整關(guān)系可表示為:
組合變量就為I(0)過程。特別地,若,則,說明盡管協(xié)整概念的提出對于用非平穩(wěn)變量建立經(jīng)濟(jì)計量模型,以檢驗(yàn)這些變量之間的長期均衡關(guān)系非常重要。(1)如果多個非平穩(wěn)變量具有協(xié)整性,則這些變量可以合成一個平穩(wěn)序列。這個平穩(wěn)序列就可以用來描述原變量之間的均衡關(guān)系。(2)當(dāng)且僅當(dāng)多個非平穩(wěn)變量之間具有協(xié)整性時,由這些變量建立的回歸模型才有意義。所以協(xié)整性檢驗(yàn)也是區(qū)別真實(shí)回歸與偽回歸的有效方法。協(xié)整概念的提出對于用非平穩(wěn)變量建立經(jīng)濟(jì)計量模型,以檢驗(yàn)這些變(3)具有協(xié)整關(guān)系的非平穩(wěn)變量可以用來建立誤差修正模型。由于誤差修正模型把長期關(guān)系和短期動態(tài)特征結(jié)合在一個模型中,因此既可以克服傳統(tǒng)計量經(jīng)濟(jì)模型忽視偽回歸的問題,又可以克服建立差分模型忽視水平變量信息的弱點(diǎn)。(3)具有協(xié)整關(guān)系的非平穩(wěn)變量可以用來建立誤差修正模型。由于二、協(xié)整檢驗(yàn)協(xié)整性的檢驗(yàn)有兩種方法基于回歸殘差的協(xié)整檢驗(yàn),這種檢驗(yàn)也稱為單一方程的協(xié)整檢驗(yàn);基于回歸系數(shù)的完全信息協(xié)整檢驗(yàn)。這里我們僅考慮單一方程的情形,而且主要介紹兩變量協(xié)整關(guān)系的EG兩步法檢驗(yàn)。二、協(xié)整檢驗(yàn)協(xié)整性的檢驗(yàn)有兩種方法EG兩步檢驗(yàn)法:第一步:若與是一階單整序列,即是平穩(wěn)的,用OLS法對回歸方程:進(jìn)行估計,得到殘差序列:EG兩步檢驗(yàn)法:第二步,檢驗(yàn)的平穩(wěn)性。若為平穩(wěn)的,則與是協(xié)整的,反之則不是協(xié)整的。因?yàn)槿襞c不是協(xié)整的,則它們的任一線性組合都是非平穩(wěn)的.因此殘差將是非平穩(wěn)。換言之,對殘差序列是否具有平穩(wěn)性的檢驗(yàn),也就是對與是否存在協(xié)整的檢驗(yàn)。第二步,檢驗(yàn)的平穩(wěn)性。若為平穩(wěn)的,則與檢驗(yàn)為非平穩(wěn)的假設(shè)可用兩種方法:一種方法是對殘差序列進(jìn)行DF檢驗(yàn),即對進(jìn)行單位根檢驗(yàn),其檢驗(yàn)方法在前面已介紹,但要注意的是,DF檢驗(yàn)和ADF檢驗(yàn)使用的臨界值應(yīng)該用Engle-Granger編制的專用臨界值表。檢驗(yàn)為非平穩(wěn)的假設(shè)可用兩種方法:具體做法:用協(xié)整回歸所得的殘差構(gòu)造DW統(tǒng)計量:
若是隨機(jī)游動的,則的數(shù)學(xué)期望為0,故DW也應(yīng)接近于0。因此,只需檢驗(yàn)
是否成立,若成立,為隨機(jī)游走,與間不存在協(xié)整,反之則存在協(xié)整。
協(xié)整回歸DW檢驗(yàn)具體做法:用協(xié)整回歸所得的殘差構(gòu)造DW統(tǒng)計量:協(xié)整回歸DW檢Sargan和Bhargava最早編制了用于檢驗(yàn)協(xié)整的DW臨界值表。表10.2是觀察數(shù)為100時,該檢驗(yàn)的臨界值。例如,當(dāng)DW=0.71時,在1%的顯著性水平上我們能拒絕,即拒絕非協(xié)整假設(shè)。
表10.2檢驗(yàn)DW=0的臨界值
顯著性水平%DW臨界值10.51150.386100.322Sargan和Bhargava最早編制了用于檢驗(yàn)協(xié)整的DW臨誤差修正模型(ECM,也稱誤差修正模型)是一種具有特定形式的計量經(jīng)濟(jì)模型。建立誤差修正模型一般采用兩步,分別建立區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)長期特征和短期待征的計量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型。第一步,建立長期關(guān)系模型。即通過水平變量和OLS法估計出時間序列變量間的關(guān)系。若估計結(jié)果形成平穩(wěn)的殘差序列時,那么這些變量間就存在相互協(xié)整的關(guān)系.長期關(guān)系模型的變量選擇是合理的,回歸系數(shù)具有經(jīng)濟(jì)意義。
三、誤差修正模型(ErrorCorrectionModel,ECM)誤差修正模型(ECM,也稱誤差修正模型)是一種具有特定形式的第二步,建立誤差修正模型。將長期關(guān)系模型各個變量以一階差分形式重新構(gòu)造,并將第一步中的殘差引入。在一個從一般到特殊的檢驗(yàn)過程中,對短期動態(tài)關(guān)系進(jìn)行逐項(xiàng)檢驗(yàn),剔除不顯著項(xiàng),直到得到最適當(dāng)?shù)哪P托问?。注意,解釋變量引入的短期關(guān)系模型的殘差,代表著在取得長期均衡的過程中各時點(diǎn)上出現(xiàn)“偏誤”的程度,使得第二步可以對這種偏誤的短期調(diào)整或誤差修正機(jī)制加以估計。第二步,建立誤差修正模型。將長期關(guān)系模型各個變量以一階差分以建立我國貨幣需求函數(shù)為例,說明誤差修正模型的建模過程。貨幣需求函數(shù)通常在局部調(diào)整的結(jié)構(gòu)下加以設(shè)定。在這種模型中,當(dāng)前實(shí)際貨幣需求余額是關(guān)于實(shí)際貨幣需求余額滯后值、實(shí)際國民收入(通常用GDP表示)和機(jī)會成本等變量的回歸。那么這種依據(jù)交易方程設(shè)定的模型可作為長期關(guān)系模型。舉例:貨幣需求函數(shù)以建立我國貨幣需求函數(shù)為例,說明誤差修正模型的建模過程。舉例其中:
為相應(yīng)的名義貨幣余額,
為物價指數(shù)(通常用GDP的平減指數(shù)表示),
為實(shí)際的國民收入(GDP),為季度通貨膨脹率(根據(jù)綜合物價指數(shù)衡量)。這里關(guān)于實(shí)際收入(產(chǎn)業(yè)規(guī)模)和機(jī)會成本變量的長期彈性分別由給出。
其一般形式為:其一般形式為:第二階段誤差修正方程的一般形式是:
其中,=長期關(guān)系模型中的殘差。在具體建模中,首先要對長期關(guān)系模型的設(shè)定是否合理進(jìn)行單位根檢驗(yàn),以保證為平穩(wěn)序列。其次,對短期動態(tài)關(guān)系中各變量的滯后項(xiàng),進(jìn)行從一般到特殊的檢驗(yàn),將不顯著的滯后項(xiàng)逐漸剔除,直到找出了最佳形式為止。通常滯后期在=0,1,2,3中進(jìn)行試驗(yàn)。第二階段誤差修正方程的一般形式是:第四節(jié)格蘭杰因果檢驗(yàn)一、格蘭杰因果關(guān)系
格蘭杰因果關(guān)系的直觀思想:
對于時間序列變量X和Y,如果X是Y變化的原因,則X的變化應(yīng)該發(fā)生在Y變化之前,而且X的過去值應(yīng)該有助于預(yù)測Y的未來值,但Y的過去值不應(yīng)該能夠預(yù)測X的未來值.第四節(jié)格蘭杰因果檢驗(yàn)一、格蘭杰因果關(guān)系作Y關(guān)于Y的滯后變量的回歸,這相當(dāng)于是一個有約束回歸:在上述回歸中添加X的滯后變量作為獨(dú)立解釋變量,得到一個無約束回歸:作Y關(guān)于Y的滯后變量的回歸,這相當(dāng)于是一個有約束回歸:如果X是Y變化的原因,無約束回歸模型的解釋能力應(yīng)該顯著強(qiáng)于有約束回歸模型的解釋能力。如果存在這樣一種關(guān)系,稱X是Y的格蘭杰原因。反之,如果添加X的滯后變量作為解釋變量后,沒有顯著增加回歸模型的解釋能力,稱X不是Y的格蘭杰原因。如果X是Y變化的原因,無約束回歸模型的解釋能力應(yīng)該顯著強(qiáng)于有二、格蘭杰因果檢驗(yàn)的實(shí)施根據(jù)格蘭杰因果關(guān)系的意義,
對
是否存在格蘭杰因果關(guān)系的檢驗(yàn),可通過檢驗(yàn)以
為被解釋變量的方程中是否可以把
的全部滯后變量剔除掉而完成。對于兩個平穩(wěn)時間序列X和Y,考慮分別作上述兩個有約束和無約束的回歸。二、格蘭杰因果檢驗(yàn)的實(shí)施根據(jù)格蘭杰因果關(guān)系的意義,對是否檢驗(yàn)X對Y存在格蘭杰因果關(guān)系的零假設(shè)是:即變量X不是變量Y的格蘭杰原因。檢驗(yàn)可用F統(tǒng)計量完成:檢驗(yàn)X對Y存在格蘭杰因果關(guān)系的零假設(shè)是:在做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前課件三、格蘭杰因果檢驗(yàn)的注意事項(xiàng)1.關(guān)于信息集的設(shè)定格蘭杰因果檢驗(yàn)是針對特定的信息集,信息集中遺漏重要解釋變量很可能導(dǎo)致虛假的因果性推斷,如果適當(dāng)?shù)赝卣剐畔⒓?,原來的因果關(guān)系很可能會消失。2.關(guān)于非平穩(wěn)變量的問題如果變量是非平穩(wěn)的,那么檢驗(yàn)用的F統(tǒng)計量就不再服從F分布。因此,在做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前,需要對時間序列的平穩(wěn)性進(jìn)行檢驗(yàn)。三、格蘭杰因果檢驗(yàn)的注意事項(xiàng)1.關(guān)于信息集的設(shè)定3.關(guān)于滯后期數(shù)問題格蘭杰因果檢驗(yàn)對于模型中滯后期數(shù)的選擇十分敏感。在實(shí)際應(yīng)用中,可以通過AIC、BIC等選擇來確定滯后期數(shù)。4.經(jīng)濟(jì)學(xué)含義格蘭杰因果關(guān)系不等于實(shí)際因果關(guān)系,實(shí)際因果關(guān)系還需借助經(jīng)濟(jì)理論進(jìn)行進(jìn)一步的分析;統(tǒng)計意義上的格蘭杰因果關(guān)系對于經(jīng)濟(jì)預(yù)測將起很大的作用。3.關(guān)于滯后期數(shù)問題第五節(jié)案例分析中國城鎮(zhèn)居民的生活費(fèi)支出與可支配收入關(guān)系的研究表10.3是我國城鎮(zhèn)居民月人均可支配收入(
)和生活費(fèi)支出(
)的調(diào)整序列。現(xiàn)用EG兩步法考察它們之間是否存在協(xié)整關(guān)系第五節(jié)案例分析中國城鎮(zhèn)居民的生活費(fèi)支出與可支表10.3是在做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前課件在做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前課件在EViews中建立中作文檔,錄入人均可支配收入(
)和生活費(fèi)支出(
)序列的數(shù)據(jù)。雙擊人均可支配收入(
)序列,出現(xiàn)工作文件窗口,在其左上方點(diǎn)擊EViews鍵出現(xiàn)下拉菜單,點(diǎn)擊UnitRootTest,出現(xiàn)對話框(圖10.2),選擇帶截距項(xiàng)(intercept),滯后差分項(xiàng)(Laggeddifferences)選2階,點(diǎn)擊OK,得到估計結(jié)果,見表10.4。
在EViews中建立中作文檔,錄入人均可支配收入(在做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前課件從檢驗(yàn)結(jié)果看,在1%、5%、10%三個顯著性水平下,單位根檢驗(yàn)的Mackinnon臨界值分別為-3.5121、-2.8972、-2.5855,t檢驗(yàn)統(tǒng)計量值-0.862611大于相應(yīng)臨界值,從而不能拒絕,表明人均可支配收入(SR)序列存在單位根,是非平穩(wěn)序列。從檢驗(yàn)結(jié)果看,在1%、5%、10%三個顯著性水平下,單位根檢為了得到人均可支配收入(
)序列的單整階數(shù),在單位根檢驗(yàn)(UnitRootTest)對話框(圖10.3)中,指定對一階差分序列作單位根檢驗(yàn),選擇帶截距項(xiàng)(intercept),滯后差分項(xiàng)(Laggeddifferences)選2階,點(diǎn)擊OK,得到估計結(jié)果,見表10.5。
為了得到人均可支配收入()序列的單整階數(shù),在單位根從檢驗(yàn)結(jié)果看,在1%、5%、10%三個顯著性水平下,單位根檢驗(yàn)的Mackinnon臨界值分別為-3.5121、-2.8972、-2.5855,t檢驗(yàn)統(tǒng)計量值為-8.374339,小于相應(yīng)臨界值,從而拒絕,表明人均可支配收入()的差分序列不存在單位根,是平穩(wěn)序列。即序列是一階單整的,~I(xiàn)(1)。從檢驗(yàn)結(jié)果看,在1%、5%、10%三個顯著性水平下,單位根檢為了分析可支配收入(
)和生活費(fèi)支出(
)之間是否存在協(xié)整關(guān)系,我們先作兩變量之間的回歸,然后檢驗(yàn)回歸殘差的平穩(wěn)性。以生活費(fèi)支出(
)為被解釋變量,可支配收入(
)為解釋變量,用OLS回歸方法估計回歸模型,結(jié)果見表10.6。
為了分析可支配收入()和生活費(fèi)支出()之在做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前課件為了檢驗(yàn)回歸殘差的平穩(wěn)性,在工作文檔窗口中,點(diǎn)擊Genr功能鍵,命令,將上述OLS回歸得到的殘差序列命名為新序列,然后雙擊序列,對
序列進(jìn)行單位根檢驗(yàn)。由于殘差序列的均值為0,所以選擇無截距項(xiàng)、無趨勢項(xiàng)的DF檢驗(yàn),模型設(shè)定見圖10.4,估計結(jié)果見表10.7。為了檢驗(yàn)回歸殘差的平穩(wěn)性,在工作文檔窗口中,點(diǎn)擊Genr功能在做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前課件在5%的顯著性水平下,t檢驗(yàn)統(tǒng)計量值為-7.430111,大于相應(yīng)臨界值,從而拒絕,表明殘差序列不存在單位根,是平穩(wěn)序列,說明可支配收入()和生活費(fèi)支出()之間存在協(xié)整關(guān)系。可支配收入(
)和生活費(fèi)支出(
)之間存在協(xié)整,表明兩者之間有長期均衡關(guān)系。但從短期來看,可能會出現(xiàn)失衡,為了增強(qiáng)模型的精度,可以把協(xié)整回歸(10.15)式中的誤差項(xiàng)看作均衡誤差,通過建立誤差修正模型把生活費(fèi)支出的短期行為與長期變化聯(lián)系起來。
在5%的顯著性水平下,t檢驗(yàn)統(tǒng)計量值為誤差修正模型的結(jié)構(gòu)如下:(10.16)在EViews中,點(diǎn)擊Genr功能鍵,生成可支配收入(
)和生活費(fèi)支出(
)的差分序列:
然后以作為被解釋變量,以和作為解釋變量,估計回歸模型(10.16),結(jié)果見表10.8。誤差修正模型的結(jié)構(gòu)如下:在做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前課件最終得到誤差修正模型的估計結(jié)果:最終得到誤差修正模型的估計結(jié)果:第十章小結(jié)1.大多數(shù)經(jīng)濟(jì)時間序列是非平穩(wěn)的。如果直接將時間序列作回歸分析,則可能造成“偽回歸”,造成“偽回歸”的根本原因在于時序序列變量的非平穩(wěn)性。
2.時間序列的平穩(wěn)性,是指時間序列的統(tǒng)計規(guī)律不會隨著時間的推移而發(fā)生變化。嚴(yán)格平穩(wěn)是指隨機(jī)過程的聯(lián)合分布函數(shù)與時間的位移無關(guān)。弱平穩(wěn)是指隨機(jī)過程的一階矩和二階矩不隨時間推移而變化。。第十章小結(jié)1.大多數(shù)經(jīng)濟(jì)時間序列是非平穩(wěn)的。如果直接3.單位根過程是最常見的非平穩(wěn)過程。如果非平穩(wěn)序列經(jīng)過次差分后平穩(wěn),而次差分卻不平穩(wěn),那么稱為階單整序列,稱為整形階數(shù)。4.時間序列平穩(wěn)性的檢驗(yàn)方法主要有兩類:自相關(guān)函數(shù)檢驗(yàn)法和單位根檢驗(yàn)法。本書只介紹最常用的單位根檢驗(yàn)法——DF檢驗(yàn)法和ADF
檢驗(yàn)法。3.單位根過程是最常見的非平穩(wěn)過程。如果非5.協(xié)整是指多個非平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)變量的某種線性組合是平穩(wěn)的。協(xié)整分析對于檢驗(yàn)變量之間的長期均衡關(guān)系非常重要,而且也是區(qū)別真實(shí)回歸與偽回歸的有效方法。6.任何一組相互協(xié)整的時間序列變量都存在誤差修正機(jī)制。誤差修正模型把長期關(guān)系和短期動態(tài)特征結(jié)合在一個模型中,既可以克服傳統(tǒng)計量經(jīng)濟(jì)模型忽視偽回歸的問題,又可以克服建立差分模型忽視水平變量信息的弱點(diǎn)5.協(xié)整是指多個非平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)變量的某種線性組合7.格蘭杰(Granger)檢驗(yàn)方法主要是檢驗(yàn)一個經(jīng)濟(jì)變量的歷史信息是否可用來預(yù)測另一個經(jīng)濟(jì)變量的未來變動,該檢驗(yàn)的重要價值在于預(yù)測。格蘭杰因果關(guān)系不等于實(shí)際因果關(guān)系,實(shí)際因果關(guān)系還需借助經(jīng)濟(jì)理論進(jìn)行進(jìn)一步的分析;但統(tǒng)計意義上的格蘭杰因果關(guān)系也是很有意義的,對于經(jīng)濟(jì)預(yù)測將起很大的作用。7.格蘭杰(Granger)檢驗(yàn)方法主要是檢驗(yàn)一個經(jīng)濟(jì)變量THANKS第十章結(jié)束了!THANKS第十章結(jié)束了!計量經(jīng)濟(jì)學(xué)第十章時間序列計量經(jīng)濟(jì)模型計量經(jīng)濟(jì)學(xué)第十章引子:是真回歸還是偽回歸?經(jīng)典回歸分析的做法是:首先采用普通最小二乘法(OLS)對回歸模型進(jìn)行估計,然后根據(jù)可決系數(shù)或F檢驗(yàn)統(tǒng)計量值的大小來判定變量之間的相依程度,根據(jù)回歸系數(shù)估計值的t統(tǒng)計量對系數(shù)的顯著性進(jìn)行判斷,最后在回歸系數(shù)顯著不為零的基礎(chǔ)上對回歸系數(shù)估計值給予經(jīng)濟(jì)解釋。
引子:是真回歸還是偽回歸?經(jīng)典回歸分析的做法是:為了分析某國的個人可支配總收入與個人消費(fèi)總支出的關(guān)系,用OLS法作關(guān)于的線性回歸,得到如下結(jié)果:為了分析某國的個人可支配總收入與個人消費(fèi)總支出的關(guān)系從回歸結(jié)果來看,非常高,個人可支配總收入的回歸系數(shù)t統(tǒng)計量也非常大,邊際消費(fèi)傾向符合經(jīng)濟(jì)假設(shè)。憑借經(jīng)驗(yàn)判斷,這個模型的設(shè)定是好的,應(yīng)是非常滿意的結(jié)果。準(zhǔn)備將這個計量結(jié)果用于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)分析和經(jīng)濟(jì)預(yù)測。可是有人提出,這個回歸結(jié)果可能是虛假的!可能只不過是一種“偽回歸”!
從回歸結(jié)果來看,非常高,個人可支配總收入的回歸系數(shù)
“要千萬小心!”這里用時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行的回歸,究竟是真回歸還是偽回歸呢?為什么模型、樣本、數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)結(jié)果都很理想,卻可能得到“偽回歸”的結(jié)果呢?
“要千萬小心!”時間序列數(shù)據(jù)被廣泛地運(yùn)用于計量經(jīng)濟(jì)研究。經(jīng)典時間序列分析和回歸分析有許多假定前提,如序列的平穩(wěn)性、正態(tài)性等。直接將經(jīng)濟(jì)變量的時間序列數(shù)據(jù)用于建模分析,實(shí)際上隱含了上述假定,在這些假定成立的條件下,據(jù)此而進(jìn)行的t檢驗(yàn)、F檢驗(yàn)等才具有較高的可靠度。越來越多的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)表明,經(jīng)濟(jì)分析中所涉及的大多數(shù)時間序列是非平穩(wěn)的。時間序列數(shù)據(jù)被廣泛地運(yùn)用于計量經(jīng)濟(jì)研究。經(jīng)典時間序列分析和回問題:●如果直接將非平穩(wěn)時間序列當(dāng)作平穩(wěn)時間序列來進(jìn)行分析,會造成什么不良后果;●如何判斷一個時間序列是否為平穩(wěn)序列;●當(dāng)我們在計量經(jīng)濟(jì)分析中涉及到非平穩(wěn)時間序列時,應(yīng)作如何處理?
問題:第十章時間序列計量經(jīng)濟(jì)模型本章主要討論:
時間序列的基本概念時間序列平穩(wěn)性的單位根檢驗(yàn)協(xié)整第十章時間序列計量經(jīng)濟(jì)模型本章主要討論:第一節(jié)時間序列基本概念
本節(jié)基本內(nèi)容:
●偽回歸問題●隨機(jī)過程的概念●時間序列的平穩(wěn)性
第一節(jié)時間序列基本概念本節(jié)基本內(nèi)容:一、偽回歸問題傳統(tǒng)計量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型的假定條件:序列的平穩(wěn)性、正態(tài)性。所謂“偽回歸”,是指變量間本來不存在相依關(guān)系,但回歸結(jié)果卻得出存在相依關(guān)系的錯誤結(jié)論。20世紀(jì)70年代,Grange、Newbold研究發(fā)現(xiàn),造成“偽回歸”的根本原因在于時序序列變量的非平穩(wěn)性一、偽回歸問題傳統(tǒng)計量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型的假定條件:序列的平穩(wěn)性、正二、隨機(jī)過程有些隨機(jī)現(xiàn)象,要認(rèn)識它必須研究其發(fā)展變化過程,隨機(jī)現(xiàn)象的動態(tài)變化過程就是隨機(jī)過程。例如,考察一段時間內(nèi)每一天的電話呼叫次數(shù),需要考察依賴于時間t的隨機(jī)變量,{}就是一隨機(jī)過程。又例如,某國某年的GNP總量,是一隨機(jī)變量,但若考查它隨時間變化的情形,則{}就是一隨機(jī)過程。二、隨機(jī)過程有些隨機(jī)現(xiàn)象,要認(rèn)識它必須研究其發(fā)展變化過程,隨隨機(jī)過程的嚴(yán)格定義若對于每一特定的,為一隨機(jī)變量,則稱這一族隨機(jī)變量{}為一個隨機(jī)過程。若
為一區(qū)間,則{}為一連續(xù)型隨機(jī)過程。若
為離散集合,如或,則{}為離散型隨機(jī)過程。離散型時間指標(biāo)集的隨機(jī)過程通常稱為隨機(jī)型時間序列,簡稱為時間序列。隨機(jī)過程的嚴(yán)格定義三、時間序列的平穩(wěn)性所謂時間序列的平穩(wěn)性,是指時間序列的統(tǒng)計規(guī)律不會隨著時間的推移而發(fā)生變化。直觀上,一個平穩(wěn)的時間序列可以看作一條圍繞其均值上下波動的曲線。從理論上,有兩種意義的平穩(wěn)性,一是嚴(yán)格平穩(wěn),另一種是弱平穩(wěn)。三、時間序列的平穩(wěn)性所謂時間序列的平穩(wěn)性,是指時間序列的統(tǒng)計嚴(yán)格平穩(wěn)是指隨機(jī)過程{}的聯(lián)合分布函數(shù)與時間的位移無關(guān)。設(shè){}為一隨機(jī)過程,為任意實(shí)數(shù),若聯(lián)合分布函數(shù)滿足:則稱{}為嚴(yán)格平穩(wěn)過程,它的分布結(jié)構(gòu)不隨時間推移而變化。
嚴(yán)格平穩(wěn)弱平穩(wěn)是指隨機(jī)過程{}的期望、方差和協(xié)方差不隨時間推移而變化。若{}滿足:
則稱{}為弱平穩(wěn)隨機(jī)過程。在一般的分析討論中,平穩(wěn)性通常是指弱平穩(wěn)。弱平穩(wěn)時間序列的非平穩(wěn)性是指時間序列的統(tǒng)計規(guī)律隨著時間的位移而發(fā)生變化,即生成變量時間序列數(shù)據(jù)的隨機(jī)過程的特征隨時間而變化。在實(shí)際中遇到的時間序列數(shù)據(jù)很可能是非平穩(wěn)序列,而平穩(wěn)性在計量經(jīng)濟(jì)建模中又具有重要地位,因此有必要對觀測值的時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)。時間序列的非平穩(wěn)性
第二節(jié)
時間序列平穩(wěn)性的單位根檢驗(yàn)
本節(jié)基本內(nèi)容:
●單位根檢驗(yàn)●Dickey-Fuller檢驗(yàn)●AugmentedDickey-Fuller檢驗(yàn)第二節(jié)
時間序列一、單位根過程為了說明單位根過程的概念,我們側(cè)重以AR(1)模型進(jìn)行分析:
根據(jù)平穩(wěn)時間序列分析的理論可知,當(dāng)時,該序列{}是平穩(wěn)的,此模型是經(jīng)典的Box-Jenkins時間序列AR(1)模型。一、單位根過程為了說明單位根過程的概念,我們側(cè)重以AR(1)當(dāng),則序列的生成過程變?yōu)槿缦码S機(jī)游動過程(RandomWalkProcess):其中{}獨(dú)立同分布且均值為零、方差恒定為。隨機(jī)游動過程的方差為:
當(dāng)時,序列的方差趨于無窮大,說明隨機(jī)游動過程是非平穩(wěn)的。當(dāng),則序列的生成過程變?yōu)槿缦码S機(jī)游動
單位根過程如果一個序列是隨機(jī)游動過程,則稱這個序列是一個“單位根過程”。為什么稱為“單位根過程”?將一階自回歸模型表示成如下形式:
其中,是滯后算子,即
單位根過程如果一個序列是隨機(jī)游動過程,則稱這個序列是一個“根據(jù)模型的滯后多項(xiàng)式,可以寫出對應(yīng)的線性方程:(通常稱為特征方程)該方程的根為:。當(dāng)時序列是平穩(wěn)的,特征方程的根滿足條件;當(dāng)時,序列的生成過程變?yōu)殡S機(jī)游動過程,對應(yīng)特征方程的根,所以通常稱序列含有單位根,或者說序列的生成過程為“單位根過程”。
根據(jù)模型的滯后多項(xiàng)式,可以寫出對應(yīng)的線性方程:結(jié)論:隨機(jī)游動過程是非平穩(wěn)的。因此,檢驗(yàn)序列的非平穩(wěn)性就變?yōu)闄z驗(yàn)特征方程是否有單位根,這就是單位根檢驗(yàn)方法的由來。結(jié)論:從單位根過程的定義可以看出,含一個單位根的過程,其一階差分:是一平穩(wěn)過程,像這種經(jīng)過一次差分后變?yōu)槠椒€(wěn)的序列稱為一階單整序列(IntegratedProcess),記為。
從單位根過程的定義可以看出,含一個單位根的過程,其一階差分:有時,一個序列經(jīng)一次差分后可能還是非平穩(wěn)的,如果序列經(jīng)過二階差分后才變成平穩(wěn)過程,則稱序列為二階單整序列,記為。一般地,如果序列經(jīng)過次差分后平穩(wěn),而次差分卻不平穩(wěn),那么稱為階單整序列,記為
,稱為整形階數(shù)。特別地,若序列本身是平穩(wěn)的,則稱序列為零階單整序列,記為。有時,一個序列經(jīng)一次差分后可能還是非平穩(wěn)的,如果序列經(jīng)過二階二、Dickey-Fuller檢驗(yàn)(DF檢驗(yàn))大多數(shù)經(jīng)濟(jì)變量呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的趨勢特征。這些具有趨勢特征的經(jīng)濟(jì)變量,當(dāng)發(fā)生經(jīng)濟(jì)振蕩或沖擊后,一般會出現(xiàn)兩種情形:●受到振蕩或沖擊后,經(jīng)濟(jì)變量逐漸又回它們的長期趨勢軌跡;●這些經(jīng)濟(jì)變量沒有回到原有軌跡,而呈現(xiàn)出隨機(jī)游走的狀態(tài)。若我們研究的經(jīng)濟(jì)變量遵從一個非平穩(wěn)過程,一個變量對其他變量的回歸可能會導(dǎo)致偽回歸結(jié)果。這是研究單位根檢驗(yàn)的重要意義所在。二、Dickey-Fuller檢驗(yàn)(DF檢驗(yàn))大多數(shù)經(jīng)濟(jì)變量假設(shè)數(shù)據(jù)序列是由下列自回歸模型生成的:其中,獨(dú)立同分布,期望為零,方差為,我們要檢驗(yàn)該序列是否含有單位根。檢驗(yàn)的原假設(shè)為:
回歸系數(shù)的OLS估計為:
檢驗(yàn)所用的統(tǒng)計量為:假設(shè)數(shù)據(jù)序列是由下列自回歸模型生成的:在成立的條件下,t統(tǒng)計量為:
Dickey、Fuller通過研究發(fā)現(xiàn),在原假設(shè)成立的情況下,該統(tǒng)計量不服從t分布。所以傳統(tǒng)的t檢驗(yàn)法失效。但可以證明,上述統(tǒng)計量的極限分布存在,一般稱其為Dickey-Fuller分布。根據(jù)這一分布所作的檢驗(yàn)稱為DF檢驗(yàn),為了區(qū)別,t統(tǒng)計量的值有時也稱為值。在成立的條件下,t統(tǒng)計量Dickey、Fuller得到DF檢驗(yàn)的臨界值,并編制了DF檢驗(yàn)臨界值表供查。在進(jìn)行DF檢驗(yàn)時,比較t統(tǒng)計量值與DF檢驗(yàn)臨界值,就可在某個顯著性水平上拒絕或接受原假設(shè)。在實(shí)際應(yīng)用中,可按如下檢驗(yàn)步驟進(jìn)行:(1)根據(jù)觀察數(shù)據(jù),用OLS法估計一階自回歸模型,得到回歸系數(shù)的OLS估計:Dickey、Fuller得到DF檢驗(yàn)的臨界值,并編制了DF(2)提出假設(shè)檢驗(yàn)用統(tǒng)計量為常規(guī)t統(tǒng)計量,
(3)計算在原假設(shè)成立的條件下t統(tǒng)計量值,查DF檢驗(yàn)臨界值表得臨界值,然后將t統(tǒng)計量值與DF檢驗(yàn)臨界值比較:若t統(tǒng)計量值小于DF檢驗(yàn)臨界值,則拒絕原假設(shè),說明序列不存在單位根;若t統(tǒng)計量值大于或等于DF檢驗(yàn)臨界值,則接受原假設(shè),說明序列存在單位根。(2)提出假設(shè)Dickey、Fuller研究發(fā)現(xiàn),DF檢驗(yàn)的臨界值同序列的數(shù)據(jù)生成過程以及回歸模型的類型有關(guān),因此他們針對如下三種方程編制了臨界值表,后來Mackinnon把臨界值表加以擴(kuò)充,形成了目前使用廣泛的臨界值表,在EViews軟件中使用的是Mackinnon臨界值表。Dickey、Fuller研究發(fā)現(xiàn),DF檢驗(yàn)的臨界值同序列的這三種模型如下:模型I:
模型Ⅱ:
模型Ⅲ:
這三種模型如下:DF檢驗(yàn)存在的問題是,在檢驗(yàn)所設(shè)定的模型時,假設(shè)隨機(jī)擾動項(xiàng)不存在自相關(guān)。但大多數(shù)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)序列是不能滿足此項(xiàng)假設(shè)的,當(dāng)隨機(jī)擾動項(xiàng)存在自相關(guān)時,直接使用DF檢驗(yàn)法會出現(xiàn)偏誤,為了保證單位根檢驗(yàn)的有效性,人們對DF檢驗(yàn)進(jìn)行拓展,從而形成了擴(kuò)展的DF檢驗(yàn)(AugmentedDickey-FullerTest),簡稱為ADF檢驗(yàn)。
三、AugmentedDickey-Fuller檢驗(yàn)(ADF檢驗(yàn))DF檢驗(yàn)存在的問題是,在檢驗(yàn)所設(shè)定的模型時,假設(shè)隨機(jī)擾動項(xiàng)不假設(shè)基本模型為如下三種類型:模型I:
模型Ⅱ:
模型Ⅲ:
其中為隨機(jī)擾動項(xiàng),它可以是一個一般的平穩(wěn)過程。
假設(shè)基本模型為如下三種類型:為了借用DF檢驗(yàn)的方法,將模型變?yōu)槿缦率剑耗P虸:
模型Ⅱ:
模型Ⅲ:
可以證明,在上述模型中檢驗(yàn)原假設(shè)的t統(tǒng)計量的極限分布,與DF檢驗(yàn)的極限分布相同,從而可以使用相同的臨界值表,這種檢驗(yàn)稱為ADF檢驗(yàn)。為了借用DF檢驗(yàn)的方法,將模型變?yōu)槿缦率剑焊鶕?jù)《中國統(tǒng)計年鑒2012》,得到我國1978—2011年的GDP序列(如表10.1),檢驗(yàn)其是否為平穩(wěn)序列。
表10.1中國1978—2011年度GDP序列例10.1年度GDP年度GDP年度GDP19783645.22199018667.822002120332.719794062.58199121781.52003135822.819804545.62199226923.482004159878.319814891.56199335333.922005184937.419825323.35199448197.862006216314.419835962.65199560793.732007265810.319847208.05199671176.592008314045.419859016.04199778973.032009340902.8198610275282010401512.8198712058.62199989677.052011473104.1198815042.82200099214.55
198916992.322001109655.2
根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒2012》,得到我國1978—2011年的時序圖見圖10.1時序圖見圖10.1由GDP時序圖可以看出,該序列可能存在趨勢項(xiàng),因此選擇ADF檢驗(yàn)的第三種模型進(jìn)行檢驗(yàn)。估計結(jié)果如下:由GDP時序圖可以看出,該序列可能存在趨勢項(xiàng),因此選擇ADF在原假設(shè)下,單位根的t檢驗(yàn)統(tǒng)計量的值為
在1%、5%、10%三個顯著性水平下,單位根檢驗(yàn)的Mackinnon臨界值分別為-4.28458、-3.562882、-3.215267,顯然,上述t檢驗(yàn)統(tǒng)計量值大于相應(yīng)臨界值,從而不能拒絕,表明我國1978——2011年度GDP序列存在單位根,是非平穩(wěn)序列。在原假設(shè)下,單位根的t檢驗(yàn)統(tǒng)計量的值為第三節(jié)協(xié)整本節(jié)基本內(nèi)容:●協(xié)整的概念●協(xié)整檢驗(yàn)●誤差修正模型第三節(jié)協(xié)整本節(jié)基本內(nèi)容:一、協(xié)整的概念引例:一個貨幣需求分析的例子。依照經(jīng)典理論,一國或一地區(qū)的貨幣需求量主要取決于規(guī)模變量和機(jī)會成本變量,即實(shí)際收入、價格水平以及利率。以對數(shù)形式的計量經(jīng)濟(jì)模型將貨幣需求函數(shù)描述出來,形式為:其中,
為貨幣需求,
為價格水平,
為實(shí)際收入總額,
為利率,
為擾動項(xiàng),
為模型參數(shù)。一、協(xié)整的概念引例:一個貨幣需求分析的例子。問題:估計出來的貨幣需求函數(shù)是否揭示了貨幣需求的長期均衡關(guān)系?(1)如果上述貨幣需求函數(shù)是適當(dāng)?shù)模敲簇泿判枨髮﹂L期均衡關(guān)系的偏離將是暫時的,擾動項(xiàng)序列是平穩(wěn)序列,估計出來的貨幣需求函數(shù)就揭示了貨幣需求的長期均衡關(guān)系。(2)相反,如果擾動項(xiàng)序列有隨機(jī)趨勢而呈現(xiàn)非平穩(wěn)現(xiàn)象,那么模型中的誤差會逐步積聚,使得貨幣需求對長期均衡關(guān)系的偏離在長時期內(nèi)不會消失。問題:估計出來的貨幣需求函數(shù)是否揭示了貨幣需求的長期均衡關(guān)系
上述貨幣需求模型是否具有實(shí)際價值,關(guān)鍵在于擾動項(xiàng)序列是否平穩(wěn)。貨幣供給量、實(shí)際收入、價格水平以及利率可能是I(1)序列。一般情況下,多個非平穩(wěn)序列的線性組合也是非平穩(wěn)序列。如果貨幣供給量、實(shí)際收入、價格水平以及利率的任何線性組合都是非平穩(wěn)的,那么上述貨幣需求模型的擾動項(xiàng)序列就不可能是平穩(wěn)的,從而模型并沒有揭示出貨幣需求的長期穩(wěn)定關(guān)系。上述貨幣需求模型是否具有實(shí)際價值,關(guān)鍵在于擾動項(xiàng)序列是反過來說,如果上述貨幣需求模型描述了貨幣需求的長期均衡關(guān)系,那么擾動項(xiàng)序列必定是平穩(wěn)序列,也就是說,非平穩(wěn)的貨幣供給量、實(shí)際收入、價格水平以及利率四變量之間存在平穩(wěn)的線性組合。
上述例子向我們揭示了這樣一個事實(shí):“包含非平穩(wěn)變量的均衡系統(tǒng),必然意味著這些非平穩(wěn)變量的某種組合是平穩(wěn)的”這正是協(xié)整理論的思想。
反過來說,如果上述貨幣需求模型描述了貨幣需求的長期均衡關(guān)系,所謂協(xié)整,是指多個非平穩(wěn)變量的某種線性組合是平穩(wěn)的。例如,收入與消費(fèi),工資與價格,政府支出與稅收,出口與進(jìn)口等,這些經(jīng)濟(jì)時間序列一般是非平穩(wěn)序列,但它們之間卻往往存在長期均衡關(guān)系。下面給出協(xié)整的嚴(yán)格定義:對于兩個序列如果,而且存在一組非零常數(shù),使得則稱之間是協(xié)整的。所謂協(xié)整,是指多個非平穩(wěn)變量的某種線性組合是平穩(wěn)的。一般的,設(shè)有個序列用表示由此個序列構(gòu)成的維向量序列,如果:(1)每一個序列都是階單整序列,即;
一般的,設(shè)有個序列(2)存在非零向量,使得為(
)階單整序列,即。則稱向量序列的分量間是、階協(xié)整的,記為,向量稱為協(xié)整向量。(2)存在非零向量,使得特別地,若,則,說明盡管各個分量序列是非平穩(wěn)的一階單整序列,但它們的某種線性組合卻是平穩(wěn)的。這種(1,1)階協(xié)整關(guān)系在經(jīng)濟(jì)計量分析中較為常見。例如,假設(shè)變量與變量之間為(1,1)階協(xié)整關(guān)系,協(xié)整向量為,則這種協(xié)整關(guān)系可表示為:
組合變量就為I(0)過程。特別地,若,則,說明盡管協(xié)整概念的提出對于用非平穩(wěn)變量建立經(jīng)濟(jì)計量模型,以檢驗(yàn)這些變量之間的長期均衡關(guān)系非常重要。(1)如果多個非平穩(wěn)變量具有協(xié)整性,則這些變量可以合成一個平穩(wěn)序列。這個平穩(wěn)序列就可以用來描述原變量之間的均衡關(guān)系。(2)當(dāng)且僅當(dāng)多個非平穩(wěn)變量之間具有協(xié)整性時,由這些變量建立的回歸模型才有意義。所以協(xié)整性檢驗(yàn)也是區(qū)別真實(shí)回歸與偽回歸的有效方法。協(xié)整概念的提出對于用非平穩(wěn)變量建立經(jīng)濟(jì)計量模型,以檢驗(yàn)這些變(3)具有協(xié)整關(guān)系的非平穩(wěn)變量可以用來建立誤差修正模型。由于誤差修正模型把長期關(guān)系和短期動態(tài)特征結(jié)合在一個模型中,因此既可以克服傳統(tǒng)計量經(jīng)濟(jì)模型忽視偽回歸的問題,又可以克服建立差分模型忽視水平變量信息的弱點(diǎn)。(3)具有協(xié)整關(guān)系的非平穩(wěn)變量可以用來建立誤差修正模型。由于二、協(xié)整檢驗(yàn)協(xié)整性的檢驗(yàn)有兩種方法基于回歸殘差的協(xié)整檢驗(yàn),這種檢驗(yàn)也稱為單一方程的協(xié)整檢驗(yàn);基于回歸系數(shù)的完全信息協(xié)整檢驗(yàn)。這里我們僅考慮單一方程的情形,而且主要介紹兩變量協(xié)整關(guān)系的EG兩步法檢驗(yàn)。二、協(xié)整檢驗(yàn)協(xié)整性的檢驗(yàn)有兩種方法EG兩步檢驗(yàn)法:第一步:若與是一階單整序列,即是平穩(wěn)的,用OLS法對回歸方程:進(jìn)行估計,得到殘差序列:EG兩步檢驗(yàn)法:第二步,檢驗(yàn)的平穩(wěn)性。若為平穩(wěn)的,則與是協(xié)整的,反之則不是協(xié)整的。因?yàn)槿襞c不是協(xié)整的,則它們的任一線性組合都是非平穩(wěn)的.因此殘差將是非平穩(wěn)。換言之,對殘差序列是否具有平穩(wěn)性的檢驗(yàn),也就是對與是否存在協(xié)整的檢驗(yàn)。第二步,檢驗(yàn)的平穩(wěn)性。若為平穩(wěn)的,則與檢驗(yàn)為非平穩(wěn)的假設(shè)可用兩種方法:一種方法是對殘差序列進(jìn)行DF檢驗(yàn),即對進(jìn)行單位根檢驗(yàn),其檢驗(yàn)方法在前面已介紹,但要注意的是,DF檢驗(yàn)和ADF檢驗(yàn)使用的臨界值應(yīng)該用Engle-Granger編制的專用臨界值表。檢驗(yàn)為非平穩(wěn)的假設(shè)可用兩種方法:具體做法:用協(xié)整回歸所得的殘差構(gòu)造DW統(tǒng)計量:
若是隨機(jī)游動的,則的數(shù)學(xué)期望為0,故DW也應(yīng)接近于0。因此,只需檢驗(yàn)
是否成立,若成立,為隨機(jī)游走,與間不存在協(xié)整,反之則存在協(xié)整。
協(xié)整回歸DW檢驗(yàn)具體做法:用協(xié)整回歸所得的殘差構(gòu)造DW統(tǒng)計量:協(xié)整回歸DW檢Sargan和Bhargava最早編制了用于檢驗(yàn)協(xié)整的DW臨界值表。表10.2是觀察數(shù)為100時,該檢驗(yàn)的臨界值。例如,當(dāng)DW=0.71時,在1%的顯著性水平上我們能拒絕,即拒絕非協(xié)整假設(shè)。
表10.2檢驗(yàn)DW=0的臨界值
顯著性水平%DW臨界值10.51150.386100.322Sargan和Bhargava最早編制了用于檢驗(yàn)協(xié)整的DW臨誤差修正模型(ECM,也稱誤差修正模型)是一種具有特定形式的計量經(jīng)濟(jì)模型。建立誤差修正模型一般采用兩步,分別建立區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)長期特征和短期待征的計量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型。第一步,建立長期關(guān)系模型。即通過水平變量和OLS法估計出時間序列變量間的關(guān)系。若估計結(jié)果形成平穩(wěn)的殘差序列時,那么這些變量間就存在相互協(xié)整的關(guān)系.長期關(guān)系模型的變量選擇是合理的,回歸系數(shù)具有經(jīng)濟(jì)意義。
三、誤差修正模型(ErrorCorrectionModel,ECM)誤差修正模型(ECM,也稱誤差修正模型)是一種具有特定形式的第二步,建立誤差修正模型。將長期關(guān)系模型各個變量以一階差分形式重新構(gòu)造,并將第一步中的殘差引入。在一個從一般到特殊的檢驗(yàn)過程中,對短期動態(tài)關(guān)系進(jìn)行逐項(xiàng)檢驗(yàn),剔除不顯著項(xiàng),直到得到最適當(dāng)?shù)哪P托问?。注意,解釋變量引入的短期關(guān)系模型的殘差,代表著在取得長期均衡的過程中各時點(diǎn)上出現(xiàn)“偏誤”的程度,使得第二步可以對這種偏誤的短期調(diào)整或誤差修正機(jī)制加以估計。第二步,建立誤差修正模型。將長期關(guān)系模型各個變量以一階差分以建立我國貨幣需求函數(shù)為例,說明誤差修正模型的建模過程。貨幣需求函數(shù)通常在局部調(diào)整的結(jié)構(gòu)下加以設(shè)定。在這種模型中,當(dāng)前實(shí)際貨幣需求余額是關(guān)于實(shí)際貨幣需求余額滯后值、實(shí)際國民收入(通常用GDP表示)和機(jī)會成本等變量的回歸。那么這種依據(jù)交易方程設(shè)定的模型可作為長期關(guān)系模型。舉例:貨幣需求函數(shù)以建立我國貨幣需求函數(shù)為例,說明誤差修正模型的建模過程。舉例其中:
為相應(yīng)的名義貨幣余額,
為物價指數(shù)(通常用GDP的平減指數(shù)表示),
為實(shí)際的國民收入(GDP),為季度通貨膨脹率(根據(jù)綜合物價指數(shù)衡量)。這里關(guān)于實(shí)際收入(產(chǎn)業(yè)規(guī)模)和機(jī)會成本變量的長期彈性分別由給出。
其一般形式為:其一般形式為:第二階段誤差修正方程的一般形式是:
其中,=長期關(guān)系模型中的殘差。在具體建模中,首先要對長期關(guān)系模型的設(shè)定是否合理進(jìn)行單位根檢驗(yàn),以保證為平穩(wěn)序列。其次,對短期動態(tài)關(guān)系中各變量的滯后項(xiàng),進(jìn)行從一般到特殊的檢驗(yàn),將不顯著的滯后項(xiàng)逐漸剔除,直到找出了最佳形式為止。通常滯后期在=0,1,2,3中進(jìn)行試驗(yàn)。第二階段誤差修正方程的一般形式是:第四節(jié)格蘭杰因果檢驗(yàn)一、格蘭杰因果關(guān)系
格蘭杰因果關(guān)系的直觀思想:
對于時間序列變量X和Y,如果X是Y變化的原因,則X的變化應(yīng)該發(fā)生在Y變化之前,而且X的過去值應(yīng)該有助于預(yù)測Y的未來值,但Y的過去值不應(yīng)該能夠預(yù)測X的未來值.第四節(jié)格蘭杰因果檢驗(yàn)一、格蘭杰因果關(guān)系作Y關(guān)于Y的滯后變量的回歸,這相當(dāng)于是一個有約束回歸:在上述回歸中添加X的滯后變量作為獨(dú)立解釋變量,得到一個無約束回歸:作Y關(guān)于Y的滯后變量的回歸,這相當(dāng)于是一個有約束回歸:如果X是Y變化的原因,無約束回歸模型的解釋能力應(yīng)該顯著強(qiáng)于有約束回歸模型的解釋能力。如果存在這樣一種關(guān)系,稱X是Y的格蘭杰原因。反之,如果添加X的滯后變量作為解釋變量后,沒有顯著增加回歸模型的解釋能力,稱X不是Y的格蘭杰原因。如果X是Y變化的原因,無約束回歸模型的解釋能力應(yīng)該顯著強(qiáng)于有二、格蘭杰因果檢驗(yàn)的實(shí)施根據(jù)格蘭杰因果關(guān)系的意義,
對
是否存在格蘭杰因果關(guān)系的檢驗(yàn),可通過檢驗(yàn)以
為被解釋變量的方程中是否可以把
的全部滯后變量剔除掉而完成。對于兩個平穩(wěn)時間序列X和Y,考慮分別作上述兩個有約束和無約束的回歸。二、格蘭杰因果檢驗(yàn)的實(shí)施根據(jù)格蘭杰因果關(guān)系的意義,對是否檢驗(yàn)X對Y存在格蘭杰因果關(guān)系的零假設(shè)是:即變量X不是變量Y的格蘭杰原因。檢驗(yàn)可用F統(tǒng)計量完成:檢驗(yàn)X對Y存在格蘭杰因果關(guān)系的零假設(shè)是:在做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前課件三、格蘭杰因果檢驗(yàn)的注意事項(xiàng)1.關(guān)于信息集的設(shè)定格蘭杰因果檢驗(yàn)是針對特定的信息集,信息集中遺漏重要解釋變量很可能導(dǎo)致虛假的因果性推斷,如果適當(dāng)?shù)赝卣剐畔⒓?,原來的因果關(guān)系很可能會消失。2.關(guān)于非平穩(wěn)變量的問題如果變量是非平穩(wěn)的,那么檢驗(yàn)用的F統(tǒng)計量就不再服從F分布。因此,在做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前,需要對時間序列的平穩(wěn)性進(jìn)行檢驗(yàn)。三、格蘭杰因果檢驗(yàn)的注意事項(xiàng)1.關(guān)于信息集的設(shè)定3.關(guān)于滯后期數(shù)問題格蘭杰因果檢驗(yàn)對于模型中滯后期數(shù)的選擇十分敏感。在實(shí)際應(yīng)用中,可以通過AIC、BIC等選擇來確定滯后期數(shù)。4.經(jīng)濟(jì)學(xué)含義格蘭杰因果關(guān)系不等于實(shí)際因果關(guān)系,實(shí)際因果關(guān)系還需借助經(jīng)濟(jì)理論進(jìn)行進(jìn)一步的分析;統(tǒng)計意義上的格蘭杰因果關(guān)系對于經(jīng)濟(jì)預(yù)測將起很大的作用。3.關(guān)于滯后期數(shù)問題第五節(jié)案例分析中國城鎮(zhèn)居民的生活費(fèi)支出與可支配收入
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