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第二章經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列的季節(jié)調(diào)整、趨勢(shì)分解與指數(shù)平滑為什么要進(jìn)行季節(jié)調(diào)整、趨勢(shì)分解和指數(shù)平滑?
在經(jīng)濟(jì)分析中,季節(jié)變動(dòng)要素和不規(guī)則要素往往掩蓋了經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的基本變動(dòng)趨勢(shì),混淆了經(jīng)濟(jì)發(fā)展中其他客觀變化要素,以致難以深入研究和正確理解經(jīng)濟(jì)規(guī)律,給分析經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)和判斷經(jīng)濟(jì)狀態(tài)帶來(lái)困難。因此,需要在經(jīng)濟(jì)分析之前將經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列進(jìn)行季節(jié)調(diào)整,剔除其中的季節(jié)變動(dòng)要素和不規(guī)則要素。而利用趨勢(shì)分解方法可以把趨勢(shì)和循環(huán)要素分離開(kāi)來(lái),從而研究經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期趨勢(shì)變動(dòng)和景氣循環(huán)變動(dòng)。對(duì)某些經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列(如股票序列),不存在明顯的趨勢(shì)變動(dòng)和季節(jié)變動(dòng)。一般,我們使用指數(shù)平滑方法對(duì)這樣的時(shí)間序列進(jìn)行擬合及預(yù)測(cè)。1
季節(jié)調(diào)整:通過(guò)X12調(diào)整出TC/S/I
趨勢(shì)分解:通過(guò)HP濾波分解出T/C
指數(shù)平滑:對(duì)不存在季節(jié)變動(dòng)和趨勢(shì)變動(dòng)的時(shí)間序列進(jìn)
行擬合和預(yù)測(cè)。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的月度或季度時(shí)間序列包含4種變動(dòng)要素(TCSI):
(1)長(zhǎng)期趨勢(shì)要素(T):
代表經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列長(zhǎng)期的趨勢(shì)特性。
(2)循環(huán)要素(C):是以數(shù)年為周期的一種周期性變動(dòng)。
[趨勢(shì)循環(huán)(TC:TrendCycle):代表經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列長(zhǎng)期的趨勢(shì)特性,包含了趨勢(shì)T和循環(huán)C兩個(gè)要素;季節(jié)調(diào)整方法只能分解出TC;將T和C分解開(kāi)要靠趨勢(shì)分解方法。]2
(3)季節(jié)要素(S:SeasonalFactors;也稱(chēng)季節(jié)因子):是每年重復(fù)出現(xiàn)的循環(huán)變動(dòng),以12個(gè)月或4個(gè)季度為周期的周期性影響,由溫度、降雨、每年中的假期和政策等因素引起。季節(jié)要素和循環(huán)要素的區(qū)別在于季節(jié)變動(dòng)是固定間距(如季或月)中的自我循環(huán),而循環(huán)要素是從一個(gè)周期變動(dòng)到另一個(gè)周期,間距比較長(zhǎng)且不固定的一種周期性波動(dòng)。
(4)不規(guī)則要素
(I,IrregularComponent):又稱(chēng)隨機(jī)因子、殘余變動(dòng)或噪聲,其變動(dòng)無(wú)規(guī)則可循,這類(lèi)因素是由偶然發(fā)生的事件引起的,如罷工、意外事故、地震、水災(zāi)、惡劣氣候、戰(zhàn)爭(zhēng)、法令更改和預(yù)測(cè)誤差等。32.2
季節(jié)調(diào)整
目前有4種比較常用的季節(jié)調(diào)整方法:X11方法CensusX12方法移動(dòng)平均方法(MAM)Tramo/Seats方法42.2.1
X11季節(jié)調(diào)整方法
1954年美國(guó)商務(wù)部人口普查局(BureauofCensus,DepartmentofCommerce)在美國(guó)全國(guó)經(jīng)濟(jì)研究局(NBER)戰(zhàn)前研究的移動(dòng)平均比率法(TheRatio-MovingAverageMethod)的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了關(guān)于季節(jié)調(diào)整的最初的電子計(jì)算機(jī)程序,1965年10月發(fā)表了X-11方法,這一方法歷經(jīng)幾次演變,已成為一種相當(dāng)精細(xì)、典型的季節(jié)調(diào)整方法。5乘法模型(Multiplicative):適用于序列可被分解為趨勢(shì)項(xiàng)與季節(jié)項(xiàng)的乘積(意味著兩者相互影響的關(guān)系),只適用于序列值都為正的情形。加法模型(Additive):適用于序列可被分解為趨勢(shì)項(xiàng)與季節(jié)項(xiàng)的和(意味著兩者相互獨(dú)立的關(guān)系)。EViews:在打開(kāi)的月度或季度序列表中選Proc/SeasonalAdjustment/X116
如果在季節(jié)調(diào)整對(duì)話框中選擇X11選項(xiàng),調(diào)整后的序列及因子序列會(huì)被自動(dòng)存入EViews工作文件中,在過(guò)程的結(jié)尾X-11簡(jiǎn)要的輸出及錯(cuò)誤信息也會(huì)在序列窗口中顯示。
調(diào)整后的序列的名字,EViews軟件在原序列名后加SA;分解出的季節(jié)要素通過(guò)在Factors框中在原序列名后加SF命名。但也可以改變調(diào)整后的序列名,這些將被存儲(chǔ)在工作文件中。需要注意,季節(jié)調(diào)整的觀測(cè)值的個(gè)數(shù)是有限制的。X-11只作用于含季節(jié)數(shù)據(jù)的序列,需要至少4整年的數(shù)據(jù),最多能調(diào)整20年的月度數(shù)據(jù)及30年的季度數(shù)據(jù)。7
2.2.2
X12季節(jié)調(diào)整方法
美國(guó)商務(wù)部人口普查局的X12季節(jié)調(diào)整程序是在X11方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,包括X11季節(jié)調(diào)整方法的全部功能,增加了5個(gè)新功能:(1)
增加了季節(jié)、趨勢(shì)循環(huán)和不規(guī)則要素分解模型選擇的功能;(2)外部影響的調(diào)整;(3)貿(mào)易日和節(jié)假日影響的調(diào)節(jié)功能;
(4)新的季節(jié)調(diào)整結(jié)果穩(wěn)定性診斷功能;(5)增加X(jué)12-ARIMA模型的建模和模型選擇功能。8
X12季節(jié)調(diào)整方法的核心算法是擴(kuò)展的X11季節(jié)調(diào)整程序。共包括4種季節(jié)調(diào)整的分解形式:乘法、加法、偽加法和對(duì)數(shù)加法模型。注意:采用乘法、偽加法和對(duì)數(shù)加法模型進(jìn)行季節(jié)調(diào)整時(shí),時(shí)間序列中不允許有零和負(fù)數(shù)。①加法模型(2.2.1)②乘法模型:(2.2.2)③對(duì)數(shù)加法模型:(2.2.3)④偽加法模型:(2.2.4)
1.季節(jié)調(diào)整的模型選擇9
調(diào)用X12季節(jié)調(diào)整過(guò)程,在序列窗口選擇Procs/SeasonalAdjustment/CensusX12,打開(kāi)一個(gè)對(duì)話框:10①X11方法(X11Method)
這一部分指定季節(jié)調(diào)整分解的形式:乘法;加法;偽加法(此形式必須伴隨ARIMA說(shuō)明);對(duì)數(shù)加法。注意乘法、偽加法和對(duì)數(shù)加法不允許有零和負(fù)數(shù)。
②季節(jié)濾波(SeasonalFilter)
當(dāng)估計(jì)季節(jié)因子時(shí),允許選擇季節(jié)移動(dòng)平均濾波(月別移動(dòng)平均項(xiàng)數(shù)),默認(rèn)的是X12自動(dòng)確定。近似地可選擇(X11default)。需要注意如果序列短于20年,X12不允許指定3×15的季節(jié)濾波。
X12方法的季節(jié)調(diào)整頁(yè)面有4個(gè)選擇框,介紹如下:11
④保存調(diào)整后的分量序列(ComponentSeriestosave)
X12將被調(diào)整的序列名作為缺省列在Basename框中,可以改變序列名。在下面的多選鈕中選擇要保存的季節(jié)調(diào)整后分量序列,X12將加上相應(yīng)的后綴存在工作文件中:
·最終的季節(jié)調(diào)整后序列(_SA);
·最終的季節(jié)因子(_SF);
·最終的趨勢(shì)—循環(huán)序列(_TC);
·最終的不規(guī)則要素分量(_IR);
·季節(jié)/貿(mào)易日因子(_D16);
·假日/貿(mào)易日因子(_D18);③趨勢(shì)濾波(TrendFilter(Henderson))
當(dāng)估計(jì)趨勢(shì)—循環(huán)分量時(shí),允許指定亨德松移動(dòng)平均的項(xiàng)數(shù),可以輸入大于1和小于等于101的奇數(shù),默認(rèn)的是由X12自動(dòng)選擇。12例2.1利用X12加法模型進(jìn)行季節(jié)調(diào)整
圖2.1a社會(huì)消費(fèi)品零售總額原序列圖2.1b社會(huì)消費(fèi)品零售總額的TC序列
圖2.1c社會(huì)消費(fèi)品零售總額IR序列
圖2.1d社會(huì)消費(fèi)品零售總額的SF序列
1314
設(shè)Yt表示一個(gè)無(wú)奇異值的月度時(shí)間序列,通過(guò)預(yù)測(cè)和回推來(lái)擴(kuò)展序列使得在序列的尾端不需要對(duì)季節(jié)調(diào)整公式進(jìn)行修改。把Yt分解為趨勢(shì)循環(huán)項(xiàng)TCt
、季節(jié)項(xiàng)St和不規(guī)則要素It?,F(xiàn)以加法模型為例,介紹X12季節(jié)調(diào)整方法的核心算法(為敘述簡(jiǎn)便而不考慮補(bǔ)欠項(xiàng)的問(wèn)題)。共分為三個(gè)階段:3.X12季節(jié)調(diào)整方法的核心算法15①通過(guò)中心化12項(xiàng)移動(dòng)計(jì)算平均趨勢(shì)循環(huán)要素的初始估計(jì)
(2.2.5)②計(jì)算SI項(xiàng)的初始估計(jì)
(2.2.6)③通過(guò)3×3移動(dòng)平均計(jì)算季節(jié)因子S的初始估計(jì)
(2.2.7)④消除季節(jié)因子中的殘余趨勢(shì)
(2.2.8)⑤季節(jié)調(diào)整結(jié)果的初始估計(jì)
(2.2.9)第一階段季節(jié)調(diào)整的初始估計(jì)16①利用Henderson移動(dòng)平均公式計(jì)算暫定的趨勢(shì)循環(huán)要素
(2.2.10)②計(jì)算暫定的SI項(xiàng)
(2.2.11)③通過(guò)3×5項(xiàng)移動(dòng)平均計(jì)算暫定的季節(jié)因子
(2.2.12)④計(jì)算最終的季節(jié)因子
(2.2.13)⑤季節(jié)調(diào)整的第二次估計(jì)結(jié)果
(2.2.14)第二階段計(jì)算暫定的趨勢(shì)循環(huán)要素和最終的季節(jié)因子17①利用Henderson移動(dòng)平均公式計(jì)算最終的趨勢(shì)循環(huán)要素
(2.2.15)②計(jì)算最終的不規(guī)則要素
(2.2.16)
第三階段計(jì)算最終的趨勢(shì)循環(huán)要素和最終的不規(guī)則要素3.貿(mào)易日和節(jié)假日影響(略)
(Eviews節(jié)假日調(diào)整只適合美國(guó))4.X12-ARIMA模型(略)5.外部影響調(diào)整(略)6.診斷(略)182.3趨勢(shì)分解
季節(jié)調(diào)整方法可以對(duì)經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列進(jìn)行分解,但在季節(jié)調(diào)整方法中,趨勢(shì)和循環(huán)要素視為一體不能分開(kāi)。這里專(zhuān)門(mén)討論如何將趨勢(shì)和循環(huán)要素進(jìn)行分解的方法。測(cè)定長(zhǎng)期趨勢(shì)有多種方法,比較常用的方法有回歸分析方法、移動(dòng)平均法、階段平均法(phaseaverage,PA方法)、HP濾波方法和頻譜濾波方法(frequency(band-pass)filter,BP濾波)。本節(jié)主要介紹HP濾波方法。19Hodrick-Prescott(HP)濾波
在宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)中,人們非常關(guān)心序列組成成分中的長(zhǎng)期趨勢(shì),Hodrick-PrescottFilter是被廣泛使用的一種方法。該方法在HodrickandPrescott(1980)(其中Prescott為2004年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主)分析戰(zhàn)后美國(guó)經(jīng)濟(jì)周期的論文中首次使用。我們簡(jiǎn)要介紹這種方法的原理。設(shè){Yt}是包含趨勢(shì)成分和循環(huán)成分的經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列,
{YtT}是其中含有的趨勢(shì)成分,
{YtC}是其中含有的循環(huán)成分。則
(2.3.1)
計(jì)算HP濾波就是從{Yt}中將{YtT}分離出來(lái)。20一般地,時(shí)間序列{Yt}中的不可觀測(cè)部分趨勢(shì){YtT}常被定義為下面最小化問(wèn)題的解:
(2.3.2)其中:c(L)是延遲算子多項(xiàng)式
(2.3.3)
將式(2.3.3)代入式(2.3.2),則HP濾波的問(wèn)題就是使下面損失函數(shù)最小,即
(2.3.4)21
最小化問(wèn)題用[c(L)YtT]2
來(lái)調(diào)整趨勢(shì)的變化,并隨著的變化而變化。這里有一個(gè)權(quán)衡問(wèn)題,要在趨勢(shì)要素對(duì)實(shí)際序列的跟蹤程度和趨勢(shì)光滑程度之間作一個(gè)選擇。稱(chēng)作平滑參數(shù)(smoothingparameter),
越小,趨勢(shì)線越接近于實(shí)際曲線;=0時(shí),滿足最小化問(wèn)題的趨勢(shì)等于序列{Yt},即趨勢(shì)曲線與實(shí)際曲線重合;
增大時(shí),估計(jì)趨勢(shì)中的變化總數(shù)相對(duì)于序列中的變化減少,即越大,估計(jì)的趨勢(shì)線越光滑;
趨于無(wú)窮大時(shí),估計(jì)趨勢(shì)接近線性趨勢(shì)(approachesalineartrend.)。一般經(jīng)驗(yàn)地,的取值如下:Youmayspecify
directly.Thedefaultistouseapowerruleof2,yieldingtheoriginalHodrickandPrescottvaluesfor:22
EViews軟件操作:使用Hodrick-Prescott濾波來(lái)平滑序列,選擇Procs/HodrickPrescottFilter出現(xiàn)下面的HP濾波對(duì)話框:
首先對(duì)平滑后的序列給一個(gè)名字,EViews將默認(rèn)一個(gè)名字,也可填入一個(gè)新的名字。然后給定平滑參數(shù)的值,年度數(shù)據(jù)取100,季度和月度數(shù)據(jù)分別取1600和14400。不允許填入非整數(shù)的數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊OK后,EViews與原序列一起顯示處理后的序列。注意只有包括在當(dāng)前工作文件樣本區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)才被處理,平滑后序列區(qū)間外的數(shù)據(jù)都為NA。23HP濾波的三大應(yīng)用領(lǐng)域:(1)剔除趨勢(shì)成分,利用循環(huán)成分進(jìn)行周期波動(dòng)分析和景氣分析;(2)剔除循環(huán)成分,利用趨勢(shì)成分進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析;(2)潛在產(chǎn)出和缺口分析。文獻(xiàn):中國(guó)服務(wù)貿(mào)易周期波動(dòng)分析
《中國(guó)服務(wù)貿(mào)易出口周期波動(dòng)的實(shí)證分析》
《我國(guó)GDP增長(zhǎng)率序列中趨勢(shì)成分和周期成分的分解》例2.3利用HP濾波方法求經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列的趨勢(shì)項(xiàng)T
24例2.4利用HP濾波方法求潛在產(chǎn)出和產(chǎn)出缺口
設(shè){Yt}為我國(guó)的季度GDP指標(biāo),利用季節(jié)調(diào)整方法將GDP中的季節(jié)因素和不規(guī)則因素去掉,得到GDP_TC序列。本例的潛在產(chǎn)出Y*,
即趨勢(shì)利用HP濾波計(jì)算出來(lái)的{YtT}來(lái)代替,GDP的循環(huán)要素{YtC}序列由式(2.3.6)計(jì)算:
(2.3.6)25圖2.7顯示的GDP的循環(huán)要素{YtC}序列實(shí)際上就是圍繞趨勢(shì)線上下的波動(dòng),稱(chēng)為GDP缺口序列。它是一個(gè)絕對(duì)量的產(chǎn)出缺口。也可以用相對(duì)量表示產(chǎn)出缺口,本例用Gapt來(lái)表示相對(duì)產(chǎn)出缺口,可由下式計(jì)算得到:
(2.3.7)
見(jiàn)下頁(yè)圖2.8的分析:26觀察圖2.8,可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)從1997年以來(lái),產(chǎn)出缺口Gap和通貨膨脹率之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。從1998年到1999年,由于受到亞洲金融危機(jī)的影響,我國(guó)的出口增長(zhǎng)速度近于停滯,宏現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)持續(xù)減速,出現(xiàn)了生產(chǎn)能力過(guò)剩的現(xiàn)象。1998年年底實(shí)際產(chǎn)出開(kāi)始低于潛在產(chǎn)出,即產(chǎn)出缺口由正缺口轉(zhuǎn)為負(fù)缺口,并且逐漸變大,使得這一階段的通貨膨脹率也大幅降低,從1997年第l季度的5.2%下降到1999年第2季度的-2.1%。2000年以來(lái),中國(guó)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)持續(xù)好轉(zhuǎn),經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)加快,負(fù)產(chǎn)出缺口逐漸變小,在2002年下半年實(shí)際產(chǎn)出再次高于潛在產(chǎn)出,出現(xiàn)了正缺口,這就部分緩解了通貨緊縮壓力,物價(jià)水平也相應(yīng)出現(xiàn)了小幅上揚(yáng)的趨勢(shì)。2001年下半年再次出現(xiàn)負(fù)產(chǎn)出缺口,2003年后持續(xù)回升,2006年后出現(xiàn)快速上升局面,2007年出現(xiàn)較大的正產(chǎn)出缺口。272.4指數(shù)平滑
季節(jié)調(diào)整和趨勢(shì)分解方法適用于經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列有明顯的季節(jié)波動(dòng)和趨勢(shì)變動(dòng)。有些經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列(如股票數(shù)據(jù))不具有明顯的季節(jié)波動(dòng)和趨勢(shì)變動(dòng),對(duì)于這樣的單指標(biāo)時(shí)間序列數(shù)據(jù),一般采用指數(shù)平滑方法進(jìn)行擬合和預(yù)測(cè)。指數(shù)平滑主要方法有:(1)單指數(shù)平滑(單參數(shù)模型,適用于序列值在一個(gè)常數(shù)均值上下隨機(jī)波動(dòng)的情況,無(wú)趨勢(shì)及季節(jié)要素)(2)雙指數(shù)平滑(單參數(shù)模型,適用于有線性趨勢(shì)的序列)(3)Holt-Winters乘法模型(三參數(shù)模型,適用于序列具有線性趨勢(shì)
和乘法季節(jié)變化)(4)Holt-Winters加法模型(三參數(shù)模型,適用于具有線性時(shí)間趨勢(shì)
和加法模型的季節(jié)變化)(5)Holt-Winters無(wú)季節(jié)模型(兩參數(shù)模型,適用于具有線性時(shí)間趨勢(shì)且無(wú)季節(jié)變差的情形)28
平滑設(shè)定:要用指數(shù)平滑法預(yù)測(cè),選擇Procs/ExponentialSmoothing顯示如下對(duì)話框29
1.平滑方法
在5種方法中選擇一種方法。
2.平滑參數(shù)
既可以指定平滑參數(shù)也可以讓EViews估計(jì)它們的值。(1)要估計(jì)參數(shù),在填充區(qū)內(nèi)輸入字母e,EViews估計(jì)使誤差平方和最小的參數(shù)值。如果估計(jì)參數(shù)值趨于1,這表明序列趨于隨機(jī)游走,最近的值對(duì)估計(jì)將來(lái)值最有用。(2)要指定參數(shù)值,在填充區(qū)內(nèi)輸入?yún)?shù)值,所有參數(shù)值在0-1之間,如果你輸入的參數(shù)值超出這一區(qū)間,EViews將會(huì)估計(jì)這個(gè)參數(shù)。
30
3.平滑后的序列名
可以為平滑后的序列指定一個(gè)名字,EViews在原序列后加SM指定平滑后的序列名,也可以改變。
4.估計(jì)樣本
必須指定預(yù)測(cè)的樣本區(qū)間(不管是否選擇估計(jì)參數(shù))。缺省值是當(dāng)前工作文件的樣本區(qū)間。EViews將從樣本區(qū)間末尾開(kāi)始計(jì)算預(yù)測(cè)值。
5.季節(jié)循環(huán)
可以改變每年的季節(jié)數(shù)(默認(rèn)值為每年12個(gè)月、4個(gè)季度)。這個(gè)選項(xiàng)允許預(yù)測(cè)不規(guī)則間距的數(shù)據(jù),在空白處輸入循環(huán)數(shù)。31
2.4.1單指數(shù)平滑(一個(gè)參數(shù))
這種單指數(shù)平滑方法適用于序列值在一個(gè)常數(shù)均值上下隨機(jī)波動(dòng)的情況,無(wú)趨勢(shì)及季節(jié)要素。yt平滑后的序列計(jì)算式如下
,,t=2,3,…,T其中:,為平滑因子。越小,越平緩,重復(fù)迭代,可得到
由此可知為什么這種方法叫指數(shù)平滑,y的預(yù)測(cè)值是y過(guò)去值的加權(quán)平均,而權(quán)數(shù)被定義為以時(shí)間為指數(shù)的形式。32單指數(shù)平滑的預(yù)測(cè)對(duì)所有未來(lái)的觀測(cè)值都是常數(shù)。這個(gè)常數(shù)為(對(duì)所有的k>0),是估計(jì)樣本的期末值。33
2.4.2雙指數(shù)平滑(一個(gè)參數(shù))
這種方法是將單指數(shù)平滑進(jìn)行兩次(使用相同的參數(shù))。適用于有線性趨勢(shì)的序列。序列y的雙指數(shù)平滑以遞歸形式定義為
其中:01,St是單指數(shù)平滑后的序列,Dt是雙指數(shù)平滑序列。注意雙指數(shù)平滑是阻尼因子為01的單指數(shù)平滑方法。34
2.4.3Holt-winters乘法模型(三個(gè)參數(shù))
這種方法適用于序列具有線性趨勢(shì)和乘法季節(jié)變化。yt的平滑序列由下式給出其中:at表示截距,bt表示斜率,at+btk表示趨勢(shì),St為乘法模型的季節(jié)因子,s表示季節(jié)周期長(zhǎng)度,月度數(shù)據(jù)s=12,季度數(shù)據(jù)s=4。需要用簡(jiǎn)單的方法給出季節(jié)因子的第一年的初值,以及截距和斜率的初值。35這三個(gè)系數(shù)定義如下其中:k>0,,,
在0~1之間,為阻尼因子。預(yù)測(cè)值由下式計(jì)算其中:ST+k-s用樣本數(shù)據(jù)最后一年的季節(jié)因子,T是估計(jì)樣本的終點(diǎn)。36
2.4.4.Holt-Winters加法模型(三個(gè)參數(shù))
該方法適用于具有線性時(shí)間趨勢(shì)和加法模型的季節(jié)變
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