Экономическое моделирование
Содержание
Введение
1. Моделирование сезонных
колебаний
2. Моделирование циклических
колебаний
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Наука эконометрика является на данный момент
времени быстроразвивающейся отраслью. Это наука об измерении и анализе
экономических явлений, цель которой состоит в том, чтобы придать количественные
меры экономическим отношениям.
Эконометрика - это количественное выражение тех
связей и соотношений, которые раскрыты и обоснованы экономической теорией.
Эконометрика располагает огромным разнообразием типов моделей - от больших
макроэкономических, включающих несколько сот и тысяч уравнений, до малых
коинтеграционных моделей, предназначенных для решения специфических проблем.
Моделирование сезонных и циклических колебаний -
цель моей работы.
1. Моделирование
сезонных колебаний
Существует несколько подходов к анализу
структуры временных рядов, содержащих сезонные колебания. Рассмотрим подход
методом скользящей средней и построение аддитивной (или мультипликативной) модели
временного ряда. Модели, построенные на основе второго типа данных, называют
моделями временных рядов.
Общий вид аддитивной модели:
= T
+ S + E
(1)
Эта модель предполагает, что каждый уровень
временного ряда может быть представлен как сумма трендовой (T),
сезонной (S) и случайной (E)
компонент.
Общий вид мультипликативной модели выглядит так:
= T
* S * E
(2)
Эта модель предполагает, что каждый уровень
временного ряда может быть представлен как произведение трендовой (T),
сезонной (S) и случайной (E)
компонент. Выбор одной из двух моделей осуществляется на основе анализа
структуры сезонных колебаний. Если амплитуда колебаний приблизительно
постоянна, строят аддитивную модель временного ряда, в которой значения
сезонной компоненты предполагают постоянными для различных циклов. Если
амплитуда сезонных колебаний возрастает или уменьшается, строят
мультипликативную модель временного ряда, которая ставит уровни ряда в
зависимость от значений сезонной компоненты.
Построение аддитивной и мультипликативной
моделей сводится к расчету значений T,
S и E
для каждого уровня ряда.
Основные шаги при процессе построения модели:
1. Выравнивание
исходного ряда методом скользящей средней.
2. Расчет
значений сезонной компоненты S.
3. Устранение
сезонной компоненты из исходных уровней ряда и получение выравненных данных (Т
+ Е) в аддитивной или (Т * Е) в мультипликативной модели.
4. Аналитическое
выравнивание уровней (Т + Е) или (Т * Е) и расчет значений Т с использованием
полученного уравнения тренда.
5. Расчет
полученных по модели значений (Т + Е) или (Т * Е).
6. Расчет
абсолютных или относительных ошибок.
Если полученные значения ошибок не содержат
автокорреляции, то ими можно заменить исходные уровни ряда и в дальнейшем
использовать временной ряд ошибок Е для анализа взаимосвязи исходного ряда и
других временных рядов.
Пример. Построение мультипликативной модели
временного ряда.
Пусть имеются поквартальные данные о прибыли
компании за последние четыре года (табл. 1).
Таблица 1 Прибыль компании, тыс. долл. США
Квартал
Год
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
1
|
72
|
100
|
90
|
64
|
2
|
70
|
92
|
80
|
58
|
3
|
62
|
80
|
68
|
48
|
4
|
52
|
60
|
50
|
30
|
Рис. 1 Прибыль компании.
График данного временного ряда (рис. 1)
свидетельствует о наличии сезонных колебаний (период колебании равен 4) и общей
убывающей тенденции уровней ряда. Прибыль компании в весенне-летний период
выше, чем в осенне-зимний период. Т.к. амплитуда сезонных колебаний
уменьшается, то можно предположить о существование мультипликативной модели.
Определим ее компоненты.
шаг. Проведем выравнивание исходных уровней ряда
методом скользящей средней. Методика, применяемая на этом шаге, полностью
совпадает с методикой аддитивной модели. В таблице 2 представлены результаты
расчетов оценок сезонной компоненты.
аддитивный
мультипликативный временной ряд
Таблица 2 Расчет оценок сезонной компоненты в
мультипликативной модели
№
квартала, t
|
Прибыль
компании, yt
|
Итого
за 4 квартала
|
Скользящая
средняя за 4 квартала
|
Центрированная
скользящая средняя
|
Оценка
сезонной компоненты
|
1
|
2
|
3
|
5
|
6
|
1
|
72
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2
|
100
|
-
|
-
|
-
|
-
|
3
|
90
|
326
|
81,5
|
81,25
|
1,108
|
4
|
64
|
324
|
81,0
|
80,00
|
0,800
|
5
|
70
|
316
|
79,0
|
77,75
|
0,900
|
6
|
92
|
306
|
76,5
|
75,75
|
1,215
|
7
|
80
|
300
|
75,0
|
74,00
|
1,081
|
8
|
58
|
292
|
73,0
|
71,50
|
0,811
|
9
|
62
|
280
|
70,0
|
68,50
|
0,905
|
10
|
80
|
268
|
67,0
|
65,75
|
1,217
|
11
|
68
|
258
|
64,5
|
63,25
|
1,075
|
12
|
48
|
62,0
|
59,50
|
0,807
|
13
|
52
|
228
|
57,0
|
54,75
|
0,950
|
14
|
60
|
210
|
52,5
|
50,25
|
1,194
|
15
|
50
|
192
|
48,0
|
-
|
-
|
16
|
30
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2 шаг. Найдем оценки сезонной компоненты как
частное о деления фактических уровней ряда на центрированные скользящие средние
(табл. 2). Используем эти оценки для расчета значений сезонной компоненты S
(табл. 3).
Для этого найдем средние за каждый квартал
оценки сезонной компоненты S.
Взаимопогашаемость сезонных воздействий в мультипликативной модели выражается в
том, что сумма значений сезонной компоненты по всем кварталам должна быть равна
числу периодов цикле. В данном случае число периодов одного сезона (год) равен
4 (четыре квартала).
Таблица 3 Расчет сезонной компоненты в
мультипликативной модели
Показатели
|
Год
|
№
квартал, i
|
|
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
|
1 2 3 4
|
- 0,900 0,905
0,950
|
-
1,215 1,217 1,194
|
1,108
1,081 1,075 -
|
0,800
0,817 0,807 -
|
Итого
за i-й квартал
(за все года)
|
|
2,755
|
3,626
|
3,264
|
2,424
|
Средняя
оценка сезонной компоненты для i-го квартала, Si
|
|
0,918
|
1,209
|
1,088
|
0,808
|
Скорректированная
сезонная компоненты, Si
|
|
0,913
|
1,202
|
1,082
|
0,803
|
Имеем:
0,918 + 1,209 + 1,088 + 0,808 = 4,023
Определим корректирующий коэффициент:
= 4/4,023 = 0,9943
Определим скорректированные значения сезонной
компоненты, умножив ее средние оценки на корректирующий коэффициент k.
Si
=
Si
*
k, где i
= 1/4 (3)
Проверим условие равенства 4 суммы значений
сезонной компоненты: 0,913 + 1,202 + 1,082 + 0,803 = 4
Получим следующие значения сезонной компоненты:
I квартал: S1
=
0,913;
II квартал: S2
=
1,202;
III квартал: S3
=
1,082;
IV квартал: S4
=
0,803.
Занесем полученные значения в таблицу 4 для
соответствующих кварталов каждого года.
t
|
yt
|
St
|
T * E = Yt /Si
|
T
|
T * S
|
E = yt/(T*S)
|
E = yt-(T*S)
|
(E)2
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
1
|
72
|
0,913
|
78,86
|
87,80
|
80,16
|
0,898
|
-8,16
|
66,66
|
2
|
100
|
1,202
|
83,19
|
85,03
|
102,20
|
0,978
|
-2,20
|
4,86
|
3
|
90
|
1,082
|
83,18
|
82,25
|
89,00
|
1,011
|
1,00
|
1,00
|
4
|
64
|
0,803
|
79,70
|
79,48
|
63,82
|
1,003
|
0,18
|
0,03
|
5
|
70
|
0,913
|
76,67
|
76,70
|
70,03
|
1,000
|
-0,03
|
0,00
|
6
|
92
|
1,202
|
76,54
|
73,93
|
88,86
|
1,035
|
9,85
|
7
|
80
|
1,082
|
73,94
|
71,15
|
76,99
|
1,039
|
3,01
|
9,08
|
8
|
58
|
0,803
|
72,23
|
68,38
|
54,91
|
1,056
|
3,09
|
9,57
|
9
|
62
|
0,913
|
67,91
|
65,60
|
59,90
|
1,035
|
2,10
|
4,43
|
10
|
80
|
1,202
|
66,56
|
62,83
|
75,52
|
1,059
|
4,48
|
20,08
|
11
|
68
|
1,082
|
62,85
|
60,05
|
64,98
|
1,047
|
3,02
|
9,14
|
12
|
48
|
0,803
|
59,78
|
57,28
|
45,99
|
1,044
|
2,01
|
4,03
|
13
|
52
|
0,913
|
56,96
|
54,50
|
49,76
|
1,045
|
2,24
|
5,02
|
14
|
60
|
1,202
|
49,92
|
51,73
|
62,18
|
-2,18
|
4,73
|
15
|
50
|
1,082
|
46,21
|
48,95
|
52,97
|
0,944
|
-2,97
|
8,79
|
16
|
30
|
0,803
|
37,36
|
46,18
|
37,08
|
0,809
|
-7,08
|
50,12
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 шаг. Разделим каждый уровень исходного ряда на
соответствующие значения сезонной компоненты. Получим величины Т * Е = Y/S
(табл. 4), которые содержат только тенденцию и случайную компоненту.
шаг. Определим компоненту Т в мультипликативной
модели. Для этого рассчитаем параметры линейного тренда, используя уровни (Т *
Е). Результаты аналитического выравнивания этого ряда следующие:
Константа 90,585150
Коэффициент регрессии -2,773250
Стандартная ошибка коэффициента регрессии
0,225556
R-квадрат 0,915239
Число наблюдений 16
Число степеней свободы 14
Уравнение тренда имеет следующий вид: Т = 90,59
- 2,773 * t
Подставляя в это уравнение значения t
= 1, … , 16, найдем уровни Т для каждого момента времени (табл. 4). График
уравнения тренда показан на рис. 2.
Рис. 2 Прибыль компании (фактические и
выравненные по мультипликативной модели значения уровней ряда).
5 шаг. Найдем уровни ряда по мультипликативной
модели, умножив уровни Т на значения сезонной компоненты для соответствующих
кварталов. Значения (Т * S)
графически представлены на рис. 2.
6 шаг. Расчет ошибки в мультипликативной модели
производится по формуле:
Е = Y/(T
* S) (4)
Численные значения ошибки приведены в табл. 4 в
графе 7. Если временной ряд ошибок не содержит автокорреляции, его можно
использовать вместо исходного ряда для изучения его взаимосвязи с другими
временными рядами. Для того чтобы сравнить мультипликативную модель и другие
модели временного ряда, необходимо использовать сумму квадратов абсолютных
ошибок. Абсолютные ошибки в мультипликативной модели определяются как:
Е = уt
- (Т * S) (5)
В данной модели сумма квадратов абсолютных
ошибок составляет 207,40. Общая сумма квадратов отклонений фактических уровней
этого ряда от среднего значения равна 5023. Для дисперсии уровней ряда равна:
(1 - 207,40/5023) = 0,959, или 95,9%.
Выявление и устранение сезонного эффекта
используются в двух направлениях. Во-первых, воздействие сезонных колебаний
следует устранять на этапе предварительной обработки исходных данных при
изучении взаимосвязи нескольких временных рядов. Во-вторых, это анализ
структуры одномерных временных рядов с целью прогнозирования уровней ряда в
будущие моменты времени.
2. Моделирование циклических колебаний
Моделирование циклических колебаний в целом
осуществляется аналогично моделированию сезонных колебаний. Рассмотрим подход
метода моделирования временного ряда, содержащего циклические колебания -
построение модели регрессии с включением фактора времени и фиктивных
переменных.
Количество фиктивных переменных в такой модели должно
быть на единицу меньше числа моментов (периодов) времени внутри одного цикла
колебаний. Например, при моделировании поквартальных данных модель должна
включать четыре независимые переменные - фактор времени и три фиктивные
переменные. Каждая фиктивная переменная отражает циклическую компоненту
временного ряда для какого-либо одного периода. Она равна единице для данного
периода и нулю для всех остальных периодов.
Пусть имеется временной ряд, содержащий
циклические колебания периодичностью k.
Модель регрессии с фиктивными переменными для этого ряда будет иметь вид:
yt =
a + b * t + c1x1 + … + cjxj + … + ck-1xk-1 + t (6)
для каждого j внутри
каждого цикла,
где хj =
во всех остальных случаях.
Например, при моделировании
циклических колебаний на основе поквартальных данных за несколько лет число
кварталов внутри одного года k = 4, а общий вид модели следующий:
t =
a + b * t + c1x1 + c2x2 + c3x3
+ t
(7)
1 для первого квартала,
где х1 =
во всех остальных случаях.
1 для второго квартала,
где х2 =
во всех остальных случаях.
для третьего квартала,
где х3 =
во всех остальных случаях.
Уравнение тренда для каждого квартала
имеет вид:
для I квартала: yt = a + b * t + c1 + t ; (8)
для II квартала: yt = a + b * t + c2 + t ; (9)
для III квартала: yt = a + b * t + c3 + t ; (10)
для IV квартала: yt = a + b * t + t . (11)
Т.о. фиктивные переменные позволяют
дифференцировать величину свободного члена уравнения регрессии для каждого
квартала. Она составит:
для I квартала (a + c1);
для II квартала (a + c2);
для III квартала (a + c3);
для IV квартала a.
Параметр b в этой
модели характеризует среднее абсолютное изменение уровней ряда под воздействием
тенденций. Модель (7) есть аналог аддитивной модели временного ряда, т.к.
фактический уровень временного ряда есть сумма трендовой (T),
циклической (C) и
случайной (E) компоненты
(Y = T + C + E).
Заключение
Эконометрика - наука, которая дает
количественное выражение взаимосвязей экономических явлений и процессов.
Моделирование циклических колебаний
осуществляется аналогично моделированию сезонных колебаний. Существует
несколько подходов к анализу структуры временных рядов, содержащих сезонные и
циклические колебания. В своей работе я рассмотрела подход методом скользящей
средней и построение аддитивной (или мультипликативной) модели временного ряда,
и подход метода моделирования временного ряда и построение модели регрессии с
включением фактора времени и фиктивных переменных.
Построение аддитивной и
мультипликативной моделей сводится к расчету значений T, S и E для каждого
уровня ряда. Процессе построения модели включает в себя 6 шагов.
Количество фиктивных переменных во
второй модели должно быть на единицу меньше числа моментов (периодов) времени
внутри одного цикла колебаний. Недостаток модели с фиктивными переменными для
описания циклических колебаний - это наличие большого количества переменных.
Список использованной литературы
1. Ватник П.А. Эконометрика:
Учебник для вузов. - М., 2001. - 280 с.
2. Кантрович Г.Г. Эконометрика.
- М.: ГУ-ВШЭ, 2011.
. Кремер Н.Ш., Путко Б.А.
Эконометрика: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2013. - 311 с.
. Эконометрика/Под ред. Н.И.
Елисеевой. - М.: Финансы и статистика, 2010. - 422 с.
. Яновский Л.П. Введение в
эконометрику: учебное пособие. - 2-е изд., доп. - М.: КНОРУС; 2007. - 256 с.