Построение доверительного интервала для прогнозного значения. Экстраполяция трендов и доверительные интервалы прогноза

Одна из основных задач, возникающих при экстраполяции тренда, заключается в определении доверительных интервалов прогноза. Интуитивно понятно, что в основу расчета доверительного интервала прогноза должен быть положен измеритель колеблемости ряда наблюдаемых значений признака. Чем выше эта колеблемость, тем менее определенно положение тренда в пространстве “уровень -- время” и тем шире должен быть интервал для вариантов прогноза при одной и той же степени доверия. Следовательно, при построении доверительного интервала прогноза следует учесть оценку колеблемости или вариации уровней ряда. Обычно такой оценкой является среднее квадратическое отклонение (стандартное отклонение) фактических наблюдений от расчетных, полученных при выравнивании динамического ряда.

Прежде чем приступить к определению доверительного интервала прогноза, необходимо сделать оговорку о некоторой условности рассматриваемого ниже расчета. То, что следует далее, является в некоторой мере произвольным перенесением результатов, найденных для регрессии выборочных показателей, на анализ динамических рядов. Дело в том, что предположение регрессионного анализа о нормальности распределения отклонений вокруг линии регрессии не может, по существу, безоговорочно утверждаться при анализе динамических рядов.

Полученные в ходе статистического оценивания параметры не свободны от погрешности, связанной с тем, что объем информации, на основе которой производилось оценивание, ограничен, и в некотором смысле эту информацию можно рассматривать как выборку. Во всяком случае смещение периода наблюдения только на один шаг или добавление, или устранение членов ряда в силу того, что каждый член ряда содержит случайную компоненту, приводит к изменению численных оценок параметров. Отсюда расчетные значения несут на себе груз неопределенности, связанной с ошибками в значении параметров.

В общем виде доверительный интервал для тренда определяется как

  • ? расчетное значение yt;

Если t = i + L то уравнение определит значение доверительного интервала для тренда, продленного на L единиц времени.

Доверительный интервал для прогноза, очевидно, должен учитывать не только неопределенность, связанную с положением тренда, но возможность отклонения от этого тренда. В практике встречаются случаи, когда более или менее обоснованно для экстраполяции можно применить несколько типов кривых. При этом рассуждения иногда сводятся к следующему. Поскольку каждая из кривых характеризует один из альтернативных трендов, то очевидно, что пространство между экстраполируемыми трендами и представляет собой некоторую “естественную доверительную область” для прогнозируемой величины. С таким утверждением нельзя согласиться. Прежде всего потому, что каждая из возможных линий тренда отвечает некоторой заранее принятой гипотезе развития. Пространство же между трендами не связано ни с одной из них -- через него можно провести неограниченное число трендов. Следует также добавить, что доверительный интервал связан с некоторым уровнем вероятности выхода за его границы. Пространство между трендами не связано ни с каким уровнем вероятности, а зависит от выбора типов кривых. К тому же при достаточно продолжительном периоде упреждения это пространство, как правило, становится настолько значительным, что подобный “доверительный интервал” теряет всякий смысл.

При условии учета стандартных ошибок оценок параметров уравнения тренда (которые по определению являются выборочными, а следовательно, могут не являться оценками неизвестных генеральных параметров из-за проявления случайной ошибки репрезентативности), и не рассматривая последовательность преобразований получим общую формулу доверительного интервала прогноза.

где - значение прогноза, рассчитанного по уравнению тренда на период t+L

Средняя квадратическая ошибка тренда;

К - коэффициент, учитывающий ошибки коэффициентов уравнения тренда

Значение t-статистики Стьюдента.

Коэффициент К рассчитывается следующим образом

n ? число наблюдений (длина ряда динамики);

L - число прогнозов

Значение К зависит только от п и L, т. е. продолжительности наблюдения и периода прогнозирования.

Получение оценок коэффициентов регрессии и проверка их достоверности не являются самоцелью, это лишь необходимый промежуточный этап. Основное - это использовать модель для анализа и прогноза значений изучаемого экономического явления. Прогноз осуществляется подстановкой значения фактора х в полученную формулу регрессии.

Используем полученное в примере 1.1 (прил.4) уравнение регрессии для прогноза объема товарооборота. Если намечается открыть магазин с численностью работников х=140 чел., то обоснованный объем товарооборота устанавливается по уравнению y(х)= -0,974 + 0,01924140=1,72 млрд. рублей.

Доверительный интервал для прогноза значения у(х)= 0 + 1 хопределяется по формуле

где t p - критическая граница распределения Стьюдента с n - 2 степенями свободы, соответствующая уровню значимости р. Для получения доверительного интервала воспользуемся выражением (2.2).

Выберем уровень значимости 5%. Количество степеней свободы у нас 8 - 2 = 6, тогда по таблице распределения Стьюдента (приложение 1) находим

t 0.05 (6)=2,447.= =0,089,

следовательно, с вероятностью 95% истинные значения объемов товарооборота будут лежать в пределах

1,72 - 2,4470,048

Практический блок

Пример. Построить уравнение регрессии между заданными переменными, проверить её адекватность, сделать прогноз методом экстраполяции.

1 . Построить диаграмму рассеяния в EXCELи сделать заключение о наличии корреляции.

Таблица 2.6Диаграмма 2.1

Из диаграммы 2.1 видно, что между переменнымиx и y имеется сильная линейная связь.

Таблица2.7

2.1. Теснота связи между переменными:

Вывод: сильнаясвязь.

  • 2.2. Проверим по критерию Стьюдентастатистическую значимость:
    • -по критерию Стьюдента: t выб
    • -гипотеза Н о: r=0,t кр =2,31,

t выб =r выб *

Так какt выб =5,84

3. Записать систему нормальных уравнений для коэффициентов линейной регрессии. Используя метод наименьших квадратов, рассчитайте эти коэффициенты.

Подставляя в найденное уравнение регрессии значения (графа (3) табл.2.7), рассчитаем значения (графа (7) табл.2.7).

4. Для полученного уравнения регрессии между Х и У рассчитать среднюю ошибку аппроксимации. Сделать заключение об адекватности полученной модели.

Заполним 8-ю и 9-ю графу табл.2.7.

Модель признается удовлетворительной.

5 . Проверить значимость коэффициента a 1 уравнения регрессии, используя критерий Стьюдента.

Решение: Таблица 2.8

Выводы: С доверительной вероятностью 0.9 коэффициент a 1 является статистически значимым, таким образом, гипотеза отвергается.

6. Проверить адекватность уравнения регрессии в целом, применив F-критерий Фишера-Снедекора.

Статистическая проверка:

:модель не адекватна

Так какF выб >F кр, то отвергается гипотеза (принимается альтернативная)сдоверительной вероятностью 0.95. Данная модель адекватна и может использоваться для прогнозирования при принятии управленческих решений.

Доля вариации.

Таким образом, 80% вариации объясняемой переменной объясняется включенным в модельфактором, а 20% факторами, не включенными в модель.

Тесноту связи между переменными для произвольной связи показывает эмпирическое корреляционное отношение, при линейной связи, и коэффициент корреляции равен коэффициенту детерминации.

9 . Выполнить точечный прогноз для.

  • 10-12. Рассчитать доверительные интервалы при вероятности =90% для уравнения регрессии и для результирующей переменной. Изобразить в одной координатной системе:
    • - исходные данные,
    • - точечный прогноз,
    • - линию регрессии,
    • - 90% доверительные интервалы.

Сформулировать общие выводы относительно полученной регрессионной модели.

Математическое ожидание среднего.

Чтобы выполнить интервальный прогноз рассмотрим две области.

  • а) доверительные границы уравнения регрессии дляy из области значений переменнойx рассчитаем по формуле:
  • б) для прогнозных значенийдоверительный интервал длярассчитаем по формуле:

Имеем:n=10, t=2,31(таб. Приложение 1),

19,334-4,22 2)=1,53.

: 27,9; 42,6; 57,0; 66,7

Таблица 2.9

Т.к. 90% точек наблюдения находится в 90% - доверительном интервале, данная модель с ее доверительными границами можетиспользоваться для прогнозированияс доверительной вероятностью 0,9.

Контрольные вопросы

  • 1. Линейные регрессионные модели с гетероскедастичными и автокоррелированными остатками.
  • 2. Виды автокорреляции и их краткая характеристика.
  • 3. Автокорреляция в остатках и порядок её обнаружения.
  • 4. Виды автокорреляции в остатках.
  • 5. Порядок использования критерия Дарбина-Уотсона.
  • 6. Автокорреляция в исходных данных и порядок определения её наличия.
  • 7. Методы устранения влияния автокорреляции на результаты прогнозирования.
  • 8. Обобщенный метод наименьших квадратов (ОМНК).
  • 9. Что понимается под гомоскедастичностью?
  • 10. Как проверяется гипотеза о гомоскедастичности ряда остатков?
  • 11. Оценка качества регрессии. Проверка адекватности и достоверности модели.
  • 12. Значимость коэффициентов регрессии (критерий Стъюдента).
  • 13. Дисперсионный анализ. Проверка достоверности модели связи (по F-критерию Фишера).
  • 14. Коэффициенты и индексы корреляции. Мультиколлениарность.
  • 15. Оценка значимости корреляции. Детерминация.
  • 16. Средняя ошибка аппроксимации.
  • 17. Принятие решений на основе уравнений регрессии.
  • 18. В каких задачах эконометрики используется распределение Фишера?
  • 19. Таблицы каких распределений используются при оценке качества линейной регрессии?
  • 20. Каковы особенности практического применения регрессионных моделей?
  • 21. Как осуществляется прогнозирование экономических показателей с использованием моделей линейной регрессии?
  • 22. Как можно оценить «естественный» уровень безработицы с использованием модели линейной регрессии?
  • 23. В каких случаях необходимо уточнение линейной регрессионной модели и как оно осуществляется?
  • 24. Когда необходимо выведение из рассмотрения незначимых объясняющих переменных и добавление новых переменных?

Задания и задачи

1 . Имеются данные о показателях деятельности компаний США в 2006г.

Чистая прибыль, млрд$,у

Использованный капитал, млрд

Оборот капитала, млрд$,х2

Капитализация компании, млрд$, х4

Численность сотрудников, тыс.чел., х3

2. Имеются данные о показателях деятельности компаний США в 2009г.

Чистая прибыль, млрд $, у

Использованный капитал, млрд $.х1

Оборот капитала, млрд$, х2

Численность, тыс. чел., х3

уровне значимости 5 или 10% (г = 0,05; г = 0,10).

3. Имеются данные о строящемся жилье в Санкт-Петербурге (по состоянию на январь 2012 г.).

Принятые обозначения:

  • (у) - цена квартиры, тыс. $;
  • (х 1)- количество комнат;
  • (х 2) - общая площадь (м 2);
  • (х 3) - районы города (1 - Приморский, 2 - Гражданка);
  • (х 4) - жилая площадь (м 2);
  • (х 5) - наличие балкона (0 - нет,1 - есть);
  • (х 6) -количество месяцев до окончания строительства;
  • (х 7) - площадь кухни (м 2);
  • (х 8)- тип дома (0 -панельный,1 - кирпичный).

Определить факторы, влияющие на цену квартир в Санкт-Петербурге.

Выбрать лучшее из полученных регрессий, используя коэффициент детерминации.

Определить теоретические стоимости квартирна основе полученной регрессии.

Самостоятельная работа студентов

Примерная тематика рефератов

Использование метода главных компонент для моделей рыночной экономики.

Предпосылки финансовой эконометрики.

Примеры использования моделей финансовых вариабельных процессов.

Примеры использования модели временного ряда финансовых показателей.

Примеры использования систем взаимозависимых уравнений в макроэкономике.

Оценка коэффициентов взаимозависимых уравнений.

Рекурсивные и блочно-рекурсивные модели в экономических исследованиях (примеры использования).

Применение одношагового и двухшагового МНК для оценки коэффициентов взаимозависимых уравнений.

Отображение изменчивости в модели с переменной структурой.

Методы обнаружения изменчивости в структуре модели (на примерах).

Примеры моделей с эволюционирующими коэффициентами.

Применение модели с зависимыми переменными.

Прогнозирование на базе эконометрической модели.

Проблема верификации прогноза.

Программное обеспечение эконометрического моделирования.

Литература для самостоятельной работы

  • 1. Новиков, А. И. Эконометрика: учеб. пособие: Дашков и К, 2013, -224 с.
  • 2. Кремер, Н. Ш. Эконометрика: Учеб. для вузов / Н. Ш. Кремер, Б. А. Путко.-М. : ЮНИТИ, 2012. -310с.
  • 3. Бывшев, В. А. Эконометрика: учеб. пособие / В. А. Бывшев. -М.: Финансы и статистика, 2009 . -477с.
  • 4. Мхитарян В.С., Архипова М.Ю., Сиротин В.П. Эконометрика: Учебно-методический комплекс. - М.: Изд. центр ЕАОИ. 2008. - 144 с.
  • 5. Бардасов С.А. Эконометрика: Учебное пособие. Издательство: Тюмень: ТГУ. 2010.
  • 6. Бабешко Л.О. Основы эконометрического моделирования: учеб. пособие / Л. О. Бабешко. - Изд. 4-е. - М. : КомКнига, 2010. - 428 с.
  • 7. Эконометрика: учебник / К. В. Балдин, В. Н. Башлыков, Н. А. Брызгалов и др.; под ред. В. Б. Уткина. -М.: Дашков и К, 2012. -304 с.
  • 8. Ильченко А.Н. Практикум по экономико-математическим методам: учеб. пособие / А. Н. Ильченко, О. Л. Ксенофонтова, Г. В. Канакина. - М.: Финансы и статистика: ИНФРА-М, 2009. - 287 с.
  • 9. Айвазян С.А. Методы эконометрики. М. Магистр, 2009.

INTERNET-ресурсы

  • 1. http://upereslavl.botik.ru/UP/ECON/econometrics/top1/tsld006.htm
  • 2. http://www.nsu.ru/ef/tsy/ecmr/study.htm
  • 3. http://www.nsu.ru/ef/tsy/ecmr/index.htm
  • 4. http://www.statsoft.ru/home/textbook/def ault.htm
  • 5. http://www.nsu.ru/ef/tsy/ecmr/study.htm
  • 6. http://www.dataforce.net/~antl/article/econometric
  • 7. http://www.nsu.ru/ef/tsy/ecmr/study.htm

При определении прогнозных значений того или иного явления с помощью экстраполяции наибольший интерес представляет, по-видимому, не сама экстраполяция – это более или менее механический прием, а определение доверительных интервалов прогноза.

Доверительные интервалы могут быть определены двояко: формально и неформально. Что касается последнего, то это дело экспертного суждения, которое выносится при качественном осмыслении результатов прогноза, сопоставлении их с другими имеющимися у эксперта данными. При этом, естественно, эксперт должен учитывать не только степень колеблемости фактических уровней вокруг тренда в прошлом, но и возможность деформации тренда в будущем (соответственно могут быть получены различные варианты прогноза).

Формальный доверительный интервал учитывает лишь ту неопределенность, которая связана с ограниченностью числа наблюдений и соответствующей неточностью найденных оценок параметров кривой. Основной вопрос, – в какой мере в будущем сохранится найденная тенденция, – естественно, не может быть решен с помощью таких доверительных интервалов. Это дело содержательного экономического анализа и экспертной оценки.

Основное внимание в данном учебном пособии уделим оценке формальных доверительных интервалов, базирующихся на статистическом анализе.

Соответствующая погрешность имеет следующие источники:

1) выбор формы кривой, характеризующей тренд, содержит элемент субъективизма. Во всяком случае, часто нет твердой основы для того, чтобы утверждать, что выбранная форма кривой является единственно возможной, а тем более лучшей для экстраполяции в данных конкретных условиях;

2) оценивание параметров кривых (иначе говоря, оценивание тренда) производится на основе ограниченной совокупности наблюдений, каждое из которых содержит случайную компоненту. В силу этого параметрам кривой, а, следовательно, и ее положению в пространстве свойственна некоторая неопределенность;

3) тренд характеризует средний уровень ряда на каждый момент времени. Отдельные наблюдения, как правило, отклонялись от него в прошлом. Естественно ожидать, что подобного рода отклонения будут происходить и в будущем.

Вполне возможны случаи, когда форма кривой, описывающей тенденцию, выбрана неправильно или когда тенденция развития в будущем может существенно измениться и не следовать тому типу кривой, который был принят при выравнивании. В последнем случае основное допущение экстраполяции не соответствует фактическому положению вещей. Найденная кривая лишь выравнивает динамический ряд и характеризует тенденцию только в пределах периода, охваченного наблюдением. Экстраполяция такого тренда неизбежно приведет к ошибочному результату, причем ошибку такого рода нельзя оценить заранее. В связи с этим можно лишь отметить то, что, по-видимому, следует ожидать рост такой погрешности (или вероятности ее возникновения) при увеличении периода упреждения.

Погрешность, связанная со вторым и третьим источниками, может быть отражена в виде доверительного интервала прогноза при принятии некоторых допущений о свойстве ряда. С помощью такого интервала точечный прогноз преобразуется в интервальный.

Интуитивно понятно, что в основу расчета доверительного интервала прогноза должен быть положен измеритель колеблемости ряда наблюдаемых значений признака. Чем выше эта колеблемость, тем менее определенно положение тренда в пространстве “уровень - время” и тем шире должен быть интервал для вариантов прогноза при одной и той же степени доверия. Традиционно в качестве такого измерителя колеблемости используется среднее квадратическое (стандартное) отклонение (3.11).

Полученные в ходе статистического оценивания параметры не свободны от погрешности, связанной с тем, что объем информации, на основе которой производилось оценивание, ограничен, и в некотором смысле эту информацию можно рассматривать как выборку. Во всяком случае, смещение периода наблюдения только на один шаг или добавление, или устранение членов ряда в силу того, что каждый член ряда содержит случайную компоненту, приводит к изменению численных оценок параметров. Отсюда расчетные значения несут на себе груз неопределенности, связанной с ошибками в значении параметров.

В общем виде доверительный интервал для тренда определяется как:

, (4.1)

где – средняя квадратическая ошибка тренда; –расчетное значение уровня ряда; –значение t -статистики Стьюдента.

В STATISTICA при расчете доверительных интервалов прогноза величину среднего квадратического отклонения S y можно определить, воспользовавшись таблицей дисперсионного анализа (см. рис. 3.17). Рассчитанное в ячейке Residual Mean Squares значение соответствует подкоренному выражению в формуле (3.11) для S y , то есть остаточной дисперсии.Остается только извлечь из него квадратный корень ( тыс.чел.).

Значение коэффициента доверия t=2,306 нам известно при оценке статистической значимости параметров линейной модели тренда.

Таким образом, доверительный интервал прогноза на 2011 год определяется как:

На 2012 год:

Этот прогноз можно интерпретировать следующим образом: число выездов россиян за границу с целью туризма в 2011 году с вероятностью 95% будет составлять от 12137,31 тыс.чел. до 13289,88 тыс. чел.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Планирование и прогнозирование

в условиях рынка»

на тему: Доверительные интервалы прогноза

Оценка адекватности и точности моделей


Глава 1. Теоретическаячасть

Доверительные интервалы прогноза. Оценка адекватности и точности моделей

1.1 Доверительные интервалы прогноза

Заключительным этапом применения кривых роста является экстраполяция тенденции на базе выбранного уравнения. Прогнозные значения исследуемого показателя вычисляют путем подстановки в уравнение кривой значений времени t , соответствующих периоду упреждения. Полученный таким образом прогноз называют точечным, так как для каждого момента времени определяется только одно значение прогнозируемого показателя.

На практике в дополнении к точечному прогнозу желательно определить границы возможного изменения прогнозируемого показателя, задать "вилку" возможных значений прогнозируемого показателя, т.е. вычислить прогноз интервальный.

Несовпадение фактических данных с точечным прогнозом, полученным путем экстраполяции тенденции по кривым роста, может быть вызвано:

1. субъективной ошибочностью выбора вида кривой;

2. погрешностью оценивания параметров кривых;

3. погрешностью, связанной с отклонением отдельных наблюдений от тренда, характеризующего некоторый средний уровень ряда на каждый момент времени.

Погрешность, связанная со вторым и третьим источником, может быть отражена в виде доверительного интервала прогноза. Доверительный интервал, учитывающий неопределенность, связанную с положением тренда, и возможность отклонения от этого тренда, определяется в виде:


(1.1.),

где n- длина временного ряда;

L -период упреждения;

y n + L -точечный прогноз на момент n+L;

t a - значение t-статистики Стьюдента;

S p - средняя квадратическая ошибка прогноза.

Предположим, что тренд характеризуется прямой:

Так как оценки параметров определяются по выборочной совокупности, представленной временным рядом, то они содержат погрешность. Погрешность параметра а о приводит к вертикальному сдвигу прямой, погрешность параметра a 1 - к изменению угла наклона прямой относительно оси абсцисс. С учетом разброса конкретных реализаций относительно линий тренда, дисперсию

можно представить в виде: (1.2.), - дисперсия отклонений фактических наблюдений от расчетных;

t 1 - время упреждения, для которого делается экстраполяция;

t 1 = n + L ;

t - порядковый номер уровней ряда, t = 1,2,..., n;

- порядковый номер уровня, стоящего в середине ряда,

Тогда доверительный интервал можно представить в виде:

(1.3.),

Обозначим корень в выражении (1.3.) через К. Значение К зависит только от n и L, т.е. от длины ряда и периода упреждения. Поэтому можно составить таблицы значений К или К*= t a K . Тогда интервальная оценка будет иметь вид:

(1.4.),

Выражение, аналогичное (1.3.), можно получить для полинома второго порядка:


(1.5.), (1.6.),

Дисперсия отклонений фактических наблюдений от расчетных определяется выражением:


(1.7.),

где y t - фактические значения уровней ряда,

- расчетные значения уровней ряда,

n - длина временного ряда,

k - число оцениваемых параметров выравнивающей кривой.

Таким образом, ширина доверительного интервала зависит от уровня значимости, периода упреждения, среднего квадратического отклонения от тренда и степени полинома.

Чем выше степень полинома, тем шире доверительный интервал при одном и том же значении S y , так как дисперсия уравнения тренда вычисляется как взвешенная сумма дисперсий соответствующих параметров уравнения

Рисунок 1.1. Доверительные интервалы прогноза для линейного тренда

Доверительные интервалы прогнозов, полученных с использованием уравнения экспоненты, определяют аналогичным образом. Отличие состоит в том, что как при вычислении параметров кривой, так и при вычислении средней квадратической ошибки используют не сами значения уровней временного ряда, а их логарифмы.

По такой же схеме могут быть определены доверительные интервалы для ряда кривых, имеющих асимптоты, в случае, если значение асимптоты известно (например, для модифицированной экспоненты).

В таблице 1.1. приведены значения К* в зависимости от длины временного ряда n и периода упреждения L для прямой и параболы. Очевидно, что при увеличении длины рядов (n ) значения К* уменьшаются, с ростом периода упреждения L значения К* увеличиваются. При этом влияние периода упреждения неодинаково для различных значений n : чем больше длина ряда, тем меньшее влияние оказывает период упреждения L .

Таблица 1.1.

Значения К* для оценки доверительных интервалов прогноза на основе линейного тренда и параболического тренда при доверительной вероятности 0,9 (7).

Линейный тренд Параболический тренд
Длина ряда (п) Период упреждения (L) 1 2 3 длина ряда (п) период упреждения (L) 1 2 3
7 2,6380 2,8748 3,1399 7 3,948 5,755 8,152
8 2,4631 2,6391 2,8361 8 3,459 4,754 6,461
9 2,3422 2,4786 2,6310 9 3,144 4,124 5,408
10 2,2524 2,3614 2,4827 10 2,926 3,695 4,698
11 2,1827 2,2718 2,3706 11 2,763 3,384 4,189
12 2,1274 2,2017 2,2836 12 2,636 3,148 3,808
13 2,0837 2,1463 2,2155 13 2,536 2,965 3,516
14 2,0462 2,1000 2,1590 14 2,455 2,830 3,286
15 2,0153 2,0621 2,1131 15 2,386 2,701 3,100
16 1,9883 2,0292 2,0735 16 2,330 2,604 2,950
17 1,9654 2,0015 2,0406 17 2,280 2,521 2,823
18 1,9455 1,9776 2,0124 18 2,238 2,451 2,717
19 1,9280 1,9568 1,9877 19 2,201 2,391 2,627
20 1,9117 1,9375 1,9654 20 2,169 2,339 2,549
21 1,8975 1,9210 1,9461 21 2,139 2,293 2,481
22 1,8854 1,9066 1,9294 22 2,113 2,252 2,422
23 1,8738 1,8932 1,9140 23 2,090 2,217 2,371
24 1,8631 1,8808 1,8998 24 2,069 2,185 2,325
25 1,8538 1,8701 1,8876 25 2,049 2,156 2,284

Глава 2. Практическая часть

Задание 1.5. Использование адаптивных методов в экономическом прогнозировании

1. Рассчитать экспоненциальную среднюю для временного ряда курса акций фирмы ЮМ. В качестве начального значения экспоненциальной средней взять среднее значение из 5 первых уровней ряда. Значение параметра адаптации а принять равным 0,1.

Таблица 1.2.

Курс акций фирмы IBM

t y t t y t t y t
1 510 11 494 21 523
2 497 12 499 22 527
3 504 13 502 23 523
4 510 14 509 24 528
5 509 15 525 25 529
6 503 16 512 26 538
7 500 17 510 27 539
8 500 18 506 28 541
9 500 19 515 29 543
10 495 20 522 30 541

2. По данным задания №1 рассчитать экспоненциальную среднюю при значении параметра адаптации а равным 0,5. Сравнить графически исходный временной ряд и ряды экспоненциальных средних, полученные при а =0,1 и а =0,5. Указать, какой ряд носит более гладкий характер.

Если при анализе развития объекта прогноза есть основания принять два базовых допущения экстраполяции, о которых мы говорили выше, то процесс экстраполяции заключается в подстановке соответствующей величины периода упреждения в формулу, описывающую тренд.

Экстраполяция, вообще говоря, дает точечную прогностическую оценку. Интуитивно ощущается недостаточность такой оценки и необходимость получения интервальной оценки с тем, чтобы прогноз, охватывая некоторый интервал значений прогнозируемой переменной, был бы более надежным. Как уже сказано выше, точное совпадение фактических данных и прогностических точечных оценок, полученных путем экстраполяции кривых, характеризующих тенденцию, - явление маловероятное. Соответствующая погрешность имеет следующие источники:

1) выбор формы кривой, характеризующей тренд, содержит элемент субъективизма. Во всяком случае часто нет твердой основы для того, чтобы утверждать, что выбранная форма кривой является единственно возможной или тем более наилучшей для экстраполяции в данных конкретных условиях;

2) оценивание параметров кривых (иначе говоря, оценивание тренда) производится на основе ограниченной совокупности наблюдений, каждое из которых содержит случайную компоненту. В силу этого параметрам кривой, а следовательно, и ее положению в пространстве свойственна некоторая неопределенность;

3) тренд характеризует некоторый средний уровень ряда на каждый момент времени. Отдельные наблюдения, как правило, отклонялись от него в прошлом. Естественно ожидать, что подобного рода отклонения будут происходить и в будущем.

Погрешность, связанная со вторым и третьим ее источником, может быть отражена в виде доверительного интервала прогноза при принятии некоторых допущений о свойстве ряда. С помощью такого интервала точечный экстраполяционный прогноз преобразуется в интервальный.

Вполне возможны случаи, когда форма кривой, описывающей тенденцию, выбрана неправильно или когда тенденция развития в будущем может существенно измениться и не следовать тому типу кривой, который был принят при выравнивании. В последнем случае основное допущение экстраполяции не соответствует фактическому положению вещей. Найденная кривая лишь выравнивает динамический ряд и характеризует тенденцию только в пределах периода, охваченного наблюдением. Экстраполяция такого тренда неизбежно приведет к ошибочному результату, причем ошибку такого рода нельзя оценить заранее. В связи с этим можно лишь отметить то, что, по-видимому, следует ожидать рост такой погрешности (или вероятности ее возникновения) при увеличении периода упреждения прогноза.

Одна из основных задач, возникающих при экстраполяции тренда, заключается в определении доверительных интервалов прогноза. Интуитивно понятно, что в основу расчета доверительного интервала прогноза должен быть положен измеритель колеблемости ряда наблюдаемых значений признака. Чем выше эта колеблемость, тем менее определенно положение тренда в пространстве “уровень - время” и тем шире должен быть интервал для вариантов прогноза при одной и той же степени доверия. Следовательно, при построении доверительного интервала прогноза следует учесть оценку колеблемости или вариации уровней ряда. Обычно такой оценкой является среднее квадратическое отклонение (стандартное отклонение) фактических наблюдений от расчетных, полученных при выравнивании динамического ряда.

Прежде чем приступить к определению доверительного интервала прогноза, необходимо сделать оговорку о некоторой условности рассматриваемого ниже расчета. То, что следует далее, является в некоторой мере произвольным перенесением результатов, найденных для регрессии выборочных показателей, на анализ динамических рядов. Дело в том, что предположение регрессионного анализа о нормальности распределения отклонений вокруг линии регрессии не может, по существу, безоговорочно утверждаться при анализе динамических рядов.

Полученные в ходе статистического оценивания параметры не свободны от погрешности, связанной с тем, что объем информации, на основе которой производилось оценивание, ограничен, и в некотором смысле эту информацию можно рассматривать как выборку. Во всяком случае смещение периода наблюдения только на один шаг или добавление, или устранение членов ряда в силу того, что каждый член ряда содержит случайную компоненту, приводит к изменению численных оценок параметров. Отсюда расчетные значения несут на себе груз неопределенности, связанной с ошибками в значении параметров.

В общем виде доверительный интервал для тренда определяется как

где ¾ средняя квадратическая ошибка тренда;

¾ расчетное значение yt ;

¾ значение t -статистики Стьюдента.

Если t = i + L то уравнение определит значение доверительного интервала для тренда, продленного на L единиц времени.

Доверительный интервал для прогноза, очевидно, должен учитывать не только неопределенность, связанную с положением тренда, но возможность отклонения от этого тренда. В практике встречаются случаи, когда более или менее обоснованно для экстраполяции можно применить несколько типов кривых. При этом рассуждения иногда сводятся к следующему. Поскольку каждая из кривых характеризует один из альтернативных трендов, то очевидно, что пространство между экстраполируемыми трендами и представляет собой некоторую “естественную доверительную область” для прогнозируемой величины. С таким утверждением нельзя согласиться. Прежде всего потому, что каждая из возможных линий тренда отвечает некоторой заранее принятой гипотезе развития. Пространство же между трендами не связано ни с одной из них - через него можно провести неограниченное число трендов. Следует также добавить, что доверительный интервал связан с некоторым уровнем вероятности выхода за его границы. Пространство между трендами не связано ни с каким уровнем вероятности, а зависит от выбора типов кривых. К тому же при достаточно продолжительном периоде упреждения это пространство, как правило, становится настолько значительным, что подобный “доверительный интервал” теряет всякий смысл.

При условии учета стандартных ошибок оценок параметров уравнения тренда (которые по определению являются выборочными, а следовательно, могут не являться оценками неизвестных генеральных параметров из-за проявления случайной ошибки репрезентативности), и не рассматривая последовательность преобразований получим общую формулу доверительного интервала прогноза.

где - значение прогноза, рассчитанного по уравнению тренда на период t+L

¾ средняя квадратическая ошибка тренда;

К - коэффициент, учитывающий ошибки коэффициентов уравнения тренда

¾ значение t -статистики Стьюдента.

Коэффициент К рассчитывается следующим образом

n ¾ число наблюдений (длина ряда динамики);

L – число прогнозов

Значение К зависит только от п и L, т. е. продолжительности наблюдения и периода прогнозирования.

Пример расчета прогноза и построения доверительного интервала прогноза.

Оптимальным трендом является линейный тренд . Необходимо рассчитать прогнозы объемов импорта в Германии на 1996 и 1997 год. Для этого необходимо определить значения уровней тренда при значениях временного фактора 14 и 15.

Объем импорта в 1996 г:

Объем импорта в 1997 г:

Стандартная ошибка тренда Sy = 30,727. Коэффициент доверия распределения Стъюдента при уровне значимости 0,05 и числе степеней свобод равен 2,16. Коэффициент К равен 1,428:

Таким образом, нижняя граница первого доверительного интервала равна 378,62: 473,452-30,727*2,16*1,428.

Верхняя граница равна 568,28: 473,452+30,727*2,16*1,428.

Результаты расчетов необходимо оформить в виде таблице и графически

Фактическое значение объема импорта в Германии за 1996 год

Прогнозное значение объема импорта в Германии за 1996 год

Нижняя граница 95% доверительного интервала

Фактическое значение объема импорта в Германии за 1997 год

Прогнозное значение объема импорта в Германии за 1997 год

Верхняя граница 95% доверительного интервала

Данный график рисуется следующим образом:

1) необходимо сделать копию уже существующего графика сглаживания динамического ряда линейным трендом

2) дорисовать недостающие значения (фактические уровни ряда за 1996 и 1997 год, прогнозы на 1996 и 1997 год, а также границы доверительных интервалов).

График в какой-то степени условный, так как точный масштаб вряд ли удастся выставить. Рисовать можно как от руки, так и используя инструменты рисования Excel.