книги / Статистический анализ временных рядов.
.pdf6.9. СОВМЕСТНЫЕ И УСЛОВНЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ 383
является |
отношением (Я — 1)-мерного |
объема пересечения (6) и |
|
н |
|
(9) |
'Ъ. vihXh> R*, } — 1 , |
. , . , р, |
|
h—\ |
|
к (Я — 1)-мерному объему (6). Эта геометрическая задача подобна той, которая решалась при отыскании Рг {r\ > R\}. Множество
возможных значений (г\, ..., г*) точно найти трудно. Оно включает
точки (viz,, |
Vp/,), соответствующие xh = 1, х/ — О, / Ф h, для |
h = 1, |
Я, и, кроме того, все линейные комбинации последних |
с неотрицательными весами. Таким образом, указанное множество во всяком случае должно быть выпуклым телом, содержащим пере численные точки и (0, ..., 0).
Распределение (8) было дано Кенуем (1949) и Ватсоном (1956).
6.9.2. Условные распределения
Как было указано в § 6.3, для проверки гипотезы yt = 0, когда
Yi+i = |
... = ур = 0 и р |
известно, используется |
распределение |
|
квадратичной |
формы |
при заданных значениях |
квадратичных |
|
форм |
Q0, ..., |
Qi-i. Если |
верна нулевая гипотеза, то это равносиль |
|
но использованию распределения коэффициента rt при заданных зна чениях г1( ..., гг_]. Отсюда вытекает, что для проверки гипотезы У{ — 0 следует использовать условное распределение г, при задан ных значениях rlt ..., п -\ и у; = 0. Если используются остатки от среднего, то соответственно следует брать условное распределение г* при заданных г*....... г*_г
Если Т нечетное и все корни (отличные от 1) двойные, то г\, ..., г*
можно • представить в виде (7). Соответствующая условная вероят ность
(10)Рг {г/ > Я/ | г? = Ri..........rU = R U )
представляет собой отношение (Я — г)-мерного объема пересечения (6) с
н
(И)2 Vihxh> R*i,
|
1 |
|
|
н |
|
(12) |
2 |
= R}, / = 1, . . . . I — 1, |
|
h = l |
|
к (Я — О-Шфному объему пересечения (6) и (12). И опять Это нагляд ная, но сложная геометрическая задача.
Искомые распределения можно аппроксимировать. Пусть г'
представляет собой i-й частный циклический коэффициент корре ляции, т. е. частный коэффициент корреляции между yt и yt+i при
6.10. |
р а с п р е д е л е н и я |
д л я с л у ч а я |
за в и с и м ы х |
н а б л ю д е н и й |
387 |
|||||
|
= ж |
|л r v*(2n )lMT- |
l) к ; (1, Pl, |
, л) х |
|
|
||||
|
х |
(i |
+ 2 |
р/о ] |
|
g <(rf, . . . . г; Iо, . . , , |
0), |
|||
(10) |
(2я)( ^ |
Kt (Y0, VoPi, ..., YoPi) = |
|
|
|
|||||
|
|
__ |
I VoAo + VoPiAi H------ + |
ToP/A; \'u |
|
|
|
|||
|
|
|
(Yo^o H~ YOPI^I + |
• • • |
+ YoPAi) ‘‘ |
|
|
|||
|
|
|
|
_ |
J |
T - 1)/2 I A0 - f |
ptAx -I- . . . |
+ |
pi A, |*/« ^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
(*o + |
Pi^i + • • • |
+ |
pAt) ^ |
Моменты могут быть найдены из соотношения (9) путем разложе
ния (1 |
+ 2 |
Р/0 ~ (Г_1)/2 для достаточно малых значений р;- в ряд |
по степеням V р/* и последующего интегрирования по переменным |
||
. |
. |
/=1 |
'р •••» |
’г |
|
Другой подход к получению распределений сериальных коэф фициентов корреляции связан с использованием канонической формы. Пусть
|
г—1 |
|
2 * ? |
(Н ) |
/=1 |
Г—1 » |
|
где 21( .... 2r-i — независимые |
/=1 |
нормально распределенные случай |
ные величины с нулевыми средними и дисперсиями 1/(у0 + уАх). •••
•••, 1/(То + Yi^-r-i) соответственно. Тогда
(12) |
ut = V y 0 + уЛ zt |
||||
распределено по закону N (0, 1). Запишем |
|||||
|
Т —1 |
%tUf |
г—1 |
||
(13) Р г {/•*>#*}= Рг |
2 |
> * * 2 Yo + Yi^ |
|||
Vo + тЛ |
|||||
|
itl |
||||
|
Г-1 |
1, - Я . |
|
||
-М 2 |
o f - |
||||
Yo + |
y ih |
||||
= Pr |
г-i |
|
|
|
|
I - |
S |
r s |
- H - |
||
( |
|||||
где p = уг!у0в случае г* = г\. Здесь можно воспользоваться распре делениями § 6.7 с заменой Xt — R на (А* — /?*)/(1 + рА(). Например,
«.11. ОЦЕНКИ МАКСИМАЛЬНОГО ПРАВДОПОДОБИЯ 389
Его производные по р и <г2 имеют вид |
|
|
|
|
||||||
<6) |
д log L |
|
Р |
|
Pi |
РРо |
|
|
|
|
|
ар - |
1 - р 2 |
|
о2 |
а2 • |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
<7) |
д log L |
Т |
1 |
, |
P'o + W i + U + P lP o |
|
||||
|
дФ ~ |
2 |
о2 |
1 |
|
2а4 |
|
|
||
Приравнивая их нулю, получаем |
|
|
|
|
|
|||||
<8 ) |
|
|
|
^ + 2pPi + (l+p*)P0 |
|
|
||||
|
|
о2 -----------------f ------------- |
|
|
||||||
и |
|
- |
|
|
л |
j р'а + 2ВР, + |
(• + Р2) Ро \ |
л |
||
,<9) |
(1 - |
<4 |
|
|||||||
Р2) (Pt + р Р0) + |
Р |
{- ° |
у |
--- — |
) = |
О, |
||||
<10) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Левая |
часть |
последнего |
выражения |
положительна |
при |
0 = —1, |
||||
|
|
А |
|
Л |
|
|
|
|
|
|
отрицательна при р = 1 |
и равна —Рх при Р = 0 . Отсюда следует, |
|||||||||
что последнее уравнение имеет один нулевой корень при Рг = 0 , один корень между — 1 и 0 при Рг > 0 и один корень между 0 и 1
при /*!< 0. |
Кроме того, оно имеет один корень левее —1 и один |
||
— правее |
1. |
При Г-»- оо это уравнение сходится (по вероятности) |
|
к уравнению |
|
|
|
ill) |
|
Р3 + - £ - Р 2 - Р — - ^ = 0 . |
|
|
|
го |
*о |
Последнее имеет корни Р = |
± 1 и —Pt/P0. Более точным прибли |
||
жением к |
соответствующему |
решению уравнения (10) является |
|
— (Рг/Ро) (1 - |
ИТ). (См. упр. 78.) |
||
Из изложенного вытекает, что в качестве оценки для параметра
Р можно использовать величины —/ у Р 0 или —PJ(P’o + Ро)- Следу ет отметить, что кубическое уравнение (11) не имеет простого ре шения, например в виде отношения полиномов от Р0, Я, и Р'0.
Но численными методами его решение можно получить сколь угодно
точно. |
|
|
|
|
|
« .1 1.2 . Циклическая |
модель |
|
|
|
|
Пусть |
|
|
|
|
|
•(12) |
у, -f р#_| = и(, |
t = |
l , |
, Т, |
|
где у0 = |
ут, а случайные величины ии |
..., иг независимы и каждая |
|||
из них |
распределена |
по закону |
N (0, |
о2). Плотность совместного |
|
6.11. |
ОПЕНКИ МАКСИМАЛЬНОГО ПРАВДОПОДОБИЯ |
391 |
скольку взаимно обратные величины Р (при соответствующим об разом скорректированных а®) определяют один и тот же процесс, можно ограничиться отысканием корня, лежащего между — 1 и 1.
(Корень, равный 1, не дает абсолютного максимума L.) Можно пока-
л
зать, что асимптотически корнем второго уравнения является р =
л
= —г (ввиду того что тт-*■0 иРг -»-0по вероятности). (См. упр. 85.) Можно также показать, что критерий отношения правдоподобия для проверки гипотезы Р = 0 основывается на статистике
1 - ( - р ) г
Указанная гипотеза отвергается, если (2 1 ) меньше надлежащим образом выбранной постоянной.
Отметим, что каждый корень уравнения (20) как функция от г не является рациональной функцией. Метод, основанный на макси-
А
муме правдоподобия (использующий Р), можно аппроксимировать приближением, описанным в предыдущих параграфах (использую щим г). (Эти задачи исследованы Диксоном (1944).)
Уравнение (12) можно переписать в виде (I + РВ') у = и, эквивалентном представлению
(2 2 ) |
|
|
у - а + рВ 'Г'и. |
|
|
|
||
Поскольку Вг = I, то |
|
|
|
|
|
|
||
(23) |
(1 + |
рВ')-1= |
2 ( - P)sВ'5+ |
( - |
р)г (1 + РВ'Г1 |
|
||
ИЛИ |
|
|
s=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(24) |
(I + |
РВ' ) - 1 = |
у |
2 |
( - |
РГ В'5. |
|
|
|
|
|
1 — (— р) |
s=” 0 |
|
|
|
|
Поэтому ковариационная матрица для у имеет вид |
|
|
||||||
(25) |
|
% ' = |
(I + РВ')"1 8 uu' (I + РВ) " 1 = |
|
|
|||
|
|
|
|
Г-1 |
|
|
|
|
|
|
|
[1 -( - Р )Г1* |
2 |
(— р)5+ ,в,-! = |
|
|
|
|
|
|
5,1=0 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Г-1 |
2 (— Р) +'в г, |
|
|
|
|
|
[1 - Н Р П * |
|
2 |
|
||
|
|
|
r-^T-l)stsr |
|
|
|||
где |
Sr =* { 0, |
1, .... Т — 1 — г) для г > |
0 и Sr = {—г, |
—г + |
1,... |
|||
.... Т — 1} для г < 0. Здесь использован тот факт, что |
В'* = |
В- *. |
||||||
Замечая еще, что В~? = Вг-?, получаем |
|
|
|
|||||
392 |
|
|
|
СЕРИАЛЬНАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ |
|
|
|
|
|
|
Гл. 6. |
|||||||
|
|
|
|
|
7 -1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(26) |
Луу' ----------{ S |
( - Р)й 1+ 2 [Г2 *( |
|
- |
|
R* |
|
|||||||||||
' |
' |
" |
[1 — (— р)г 1* |
U ± o v |
v' |
|
?= iL |
s=0 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2s—qо —Я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 2 ( - P ) 2S_ , B |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s=Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
[ i - ( - P ) r i2 ( i - p 2) |
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
X {(1 - |
P27 ) I + |
7 —1 |
|
p )e - |
|
|
Р)2Г" ,1 <B« + |
B~<) |
|||||||
|
|
|
T% |
[ |
( - |
( |
- |
|||||||||||
|
|
= |
---------------- °4---------------- | ( i |
- |
p27) |
i |
+ |
|
2 |
( |
- |
P )*U |
+ |
|||||
|
|
|
H - ( - P ) rl2 ( l - p 2) l |
|
H |
|
|
|
£?i |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
+ |
( - |
P)r~ 2* - |
( |
- |
P)r |
- |
( |
- |
P)2 r _ 2 ,l B*j - |
||||
|
|
= |
----------- 4 -----------{[1 |
+ ( — 0 )r]l + |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
[ l - ( - P ) r] ( l - p 2) |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ Г> '[( - Р )? + |
( - Р ) Г_в1 в 4 . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<7=1 |
|
|
|
|
|
|
) |
|
Ковариация между yt и yt+н равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
(27) |
а (А) = |
%ytyt+h = |
(- P )ft+ .jr~p)r~h |
|
а2, |
А = |
|
0 , |
1, |
Т — 1. |
||||||||
\ |
/ |
u |
mut+n |
(1 _ |
(_ р)Г] |
(1 _ |
р2) |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
Соответствующая корреляция 1(—Р)л + (—Р)г-Л 1/П + |
(—Р)Г] скла |
|||||||||||||||||
дывается из двух членов, один из которых зависит от интервала
времени между t |
и / + h, |
а другой — от интервала времени между |
||
/ |
и / + |
А — Т. |
Матрица |
(26) является обратной для [(1 4- Р2)1 -Ь |
+ |
Р (В |
+ В')]/о2. |
|
|
6.12.ОБСУЖДЕНИЕ
На основе сериальных коэффициентов корреляции первого по рядка можно построить процедуры проверки нулевой гипотезы о независимости уъ ут против альтернативы, состоящей в том, что эти величины коррелированы во времени. В предположении нор мальности, проверка такой гипотезы может производиться с заранее выбранным уровнем значимости. Для проверки гипотез о зависимос ти более высокого порядка могут быть использованы частные се риальные корреляции.
В гл. 10 мы обсудим критерии для проверки независимости и критерии для проверки гипотез о порядке зависимости в случае» когда %yt = / (t) является нетривиальным трендом.
