单位根检验urdf_R语言时间序列函数整理[转]]

文档1：《R与金融时间序列分析常见问题集》

【包】

library(zoo)

#时间格式预处理

library(xts)            #同上

library(timeSeires)

#同上

library(urca)           #进行单位根检验

library(tseries)

#arma模型

library(fUnitRoots)     #进行单位根检验

library(FinTS)

#调用其中的自回归检验函数

library(fGarch)        #GARCH模型

library(nlme)

#调用其中的gls函数

library(fArma)

#进行拟合和检验

【基本函数】

数学函数

abs，sqrt：绝对值，平方根 log, log10, log2 ,

exp：对数与指数函数 sin，cos，tan，asin，acos，atan，atan2：三角函数

sinh，cosh，tanh，asinh，acosh，atanh：双曲函数

简单统计量

sum, mean, var, sd, min, max,

range, median,

IQR(四分位间距)等为统计量，sort，order，rank与排序有关，其它还有ave，fivenum，mad，quantile，stem等。

【数据处理】

#具体说明见文档1

#转成时间序列类型

x

= rnorm(2)

charvec =

c(“2010-01-01”,”2010-02-01”)

zoo(x,as.Date(charvec))     #包zoo

xts(x,

as.Date(charvec))     #包xts

timeSeries(x,as.Date(charvec))

#包timeSeries

#规则的时间序列，数据在规定的时间间隔内出现

tm = ts(x,start = c(2010,1),

frequency=12 )  #12为按月份，4为按季度，1为按年度

zm = zooreg(x,start = c(2010,1),

frequency=12 )  #包zoo

xm = as.xts(tm)     #包xts

sm = as.timeSeries(tm)

#包timeSeries

#判断是否为规则时间序列

is.regular(x)

#排序

zoo()和xts()会强制变换为正序(按照时间名称)

timeSeries不会强制排序；其结果可以根据sort函数排序，也可以采用rev()函数进行逆序；参数recordIDs，可以给每个元素(行)标记一个ID，从而可以找回原来的顺序

#预设的时间有重复的时间点时

zoo会报错

xts按照升序排列

timeSeries把重复部分放置在尾部；

#行合并和列合并

#都是按照列名进行合并，列名不同的部分用NA代替

cbind()

rbind()

merge()

列合并

#取子集

xts()默认将向量做成了矩阵；其他与常规向量或者矩阵没有差别

#缺失值处理

na.omit(x)

x[is.na(x)] = 0

x[is.na(x)] = mean(x,na.rm=TRUE)

x[is.na(x)] =

median(x,na.rm=TRUE)

na.approx(x)  #对缺失值进行线性插值

na.spline(x)

#对缺失值进行样条插值

na.locf(x)     #末次观测值结转法

na.trim(x, sides=”left” )

#去掉最后一个缺失值

#对timeSreies数据

na.omit(x, “ir” )  #去掉首末位置的缺失值

na.omit(x,

“iz” )  #用替换首末位置的缺失值

na.omit(x, “ie” )  #对首末位置的缺失值进行插值

na.omit(x,

method=“ie”, interp= c(“before”,”linear”,”after”) )

#可以选择插值方法，before末次观测值法，after下次观测结转法

as.contiguous(x)

#返回x中最长的连续无缺失值的序列片段，如果有两个等长的序列片段，则返回第一个。

#时间序列数据的显示

#zoo和xts都只能按照原来的格式显示，timeSeries可以设置显示格式

print(x,

format= “%m/%d/%y %H:%M”)

#%m表示月，%d表示天，%y表示年，%H表示时，%M表示分钟，%A表示星期，%j表示天的序号

#timeSeries也可以按照ts的格式显示

print(x,

style=”ts”)

print(x, style=”ts”,

by=”quarter”)

【图形展示】

plot.zoo(x)

plot.xts(x)

plot.zoo(x,

plot.type=”single”) #支持多个时间序列数据在一个图中展示

plot(x, plot.type=”single”)

#支持多个时间序列数据在一个图中展示，仅对xts不行

【基本统计运算】

1、自相关系数、偏自相关系数等

例题2.1

d=scan("sha.csv")

sha=ts(d,start=1964,freq=1)

plot.ts(sha)

#绘制时序图

acf(sha,22)   #绘制自相关图，滞后期数22

pacf(sha,22)

#绘制偏自相关图，滞后期数22

corr=acf(sha,22)   #保存相关系数

cov=acf(sha,22,type =

"covariance")

#保存协方差

2、同时绘制两组数据的时序图

d=read.csv("double.csv",header=F)

double=ts(d,start=1964,freq=1)

plot(double,

plot.type = "multiple")   #两组数据两个图

plot(double, plot.type = "single")

#两组数据一个图

plot(double, plot.type = "single",col=c("red","green"),lty=c(1,2))

#设置每组数据图的颜色、曲线类型)

3、纯随机性检验

例题2.3续

d=scan("temp.csv")

temp=ts(d,freq=1,start=c(1949))

Box.test(temp,

type="Ljung-Box",lag=6)

4、差分运算和滞后运算

diff

lag

5、模拟ARIMA模型的结果

arima.sim(n

= 100, list(ar = 0.8))

plot.ts(arima.sim(n = 100, list(ar = 0.8)))

#会随机产生一个包含100个随机数的时序图

plot.ts(arima.sim(n = 100, list(ar = -1.1)))

#非平稳，无法得到时序图。

plot.ts(arima.sim(n = 100, list(ar =

c(1,-0.5))))

plot.ts(arima.sim(n = 100, list(ar = c(1,0.5))))

arima.sim(n

= 1000, list(ar = 0.5, ma = -0.8))

acf(arima.sim(n = 1000, list(ar = 0.5, ma

= -0.8)),20)

pacf(arima.sim(n = 1000, list(ar = 0.5, ma =

-0.8)),20)

【单位根检验】

#方法1

b=ts(read.csv("6_1.csv",header=T))

x=b[,1]

y=b[,1]

summary(ur.df(x,type="trend",selectlags="AIC"))

#方法2：单位根检验更好的函数，加了画图的功能

library(fUnitRoots)

urdfTest(x)

#方法3：ADF检验的一个自编函数

library(urca)

#...

ur.df.01=function(x,lags=8){

#将三种ADF检验形式汇总的函数(结果和EVIEWS不一致)

res=matrix(0,5,3)

colnames(res)=c("无","含常数项","含常数项和趋势项")

rownames(res)=c("tau统计量","1%临界值","5%临界值",

"10%临界值","是否稳定(1/0)")

types=c("none","drift","trend")

for(i in

1:3){

x.adf=ur.df(x,type=types[i],lags=lags,selectlags="AIC")

[email protected]  #统计量

[email protected]      #临界值

res[1,i]  =x.adf.1[1]

res[2:4,i]=x.adf.2[1,]

res[5,i]=if(

abs(res[1,i]) > abs(res[3,i]) ) 1 else 0

}

return(res)

}

#...

ur.df.01(x)

#对原序列进行判断

【一般的ARIMA模型】

d=scan("a1.5.txt")

#导入数据

prop=ts(d,start=1950,freq=1)

#转化为时间序列数据

plot(prop)

#作时序图

acf(prop,12)                 #作自相关图，拖尾

pacf(prop,12)

#作偏自相关图，1阶截尾

Box.test(prop, type="Ljung-Box",lag=6)

#纯随机性检验,p值小于5%，序列为非白噪声

Box.test(prop, type="Ljung-Box",lag=12)

(

m1=arima(prop, order = c(1,0,0),method="ML") )

#用AR(1)模型拟合，如参数method="CSS"，估计方法为条件最小二乘法，用条件最小二乘法时，不显示AIC。

(

m2=arima(prop, order = c(1,0,0),method="ML", include.mean = F) )

#用AR(1)模型拟合，不含截距项。

tsdiag(m1)

#对估计进行诊断，判断残差是否为白噪声

summary(m1)

r=m1$residuals

#用r来保存残差

Box.test(r,type="Ljung-Box",lag=6,

fitdf=1)#对残差进行纯随机性检验，fitdf表示残差减少的自由度

AutocorTest(m1$resid)

#加载FinTS包，进行自相关检验

prop.fore = predict(m1, n.ahead =5)

#将未来5期预测值保存在prop.fore变量中

U = prop.fore$pred + 1.96* prop.fore$se

#会自动产生方差

L = prop.fore$pred – 1.96* prop.fore$se

#算出95%置信区间

ts.plot(prop, prop.fore$pred, col=1:2)      #作时序图，含预测。

lines(U,

col="blue", lty="dashed")

lines(L, col="blue",

lty="dashed")#在时序图中作出95%置信区间

——说明：运行命令arima(prop, order =

c(1,0,0),method="ML")之后，显示：

Call:

arima(x = prop, order = c(1, 0, 0),

method = "ML")

Coefficients:

ar1    intercept

0.6914

81.5509

s.e.   0.0989     1.7453

sigma^2 estimated as 15.51:  log

likelihood = -137.02,  aic =

280.05

注意：intercept下面的81.5509是均值，而不是截距！虽然intercept是截距的意思，这里如果用mean会更好。(the

mean and the intercept are the same only when there is no AR

term，均值和截距是相同的，只有在没有AR项的时候)

如果想得到截距，利用公式计算。int=(1-0.6914)*81.5509=

25.16661。

——说明：Box.test(r,type="Ljung-Box",lag=6，fitdf=1)

fitdf表示p+q，number

of degrees of freedom to be subtracted if x is a series of

residuals，当检验的序列是残差到时候，需要加上命令fitdf，表示减去的自由度。

运行Box.test(r,type="Ljung-Box",lag=6,fitdf=1)后，显示的结果：

Box.test(r,type="Ljung-Box",lag=6,fitdf=1)

Box-Ljung test

data:  r

X-squared = 5.8661, df = 5, p-value =

0.3195

“df =

5”表示自由度为5，由于参数lag=6，所以是滞后6期的检验。

#另一个参数估计与检验的方法(加载fArma程序包)

ue=ts(scan("unemployment.txt"),start=1962,f=4)

#读取数据

due=diff(ue)

ddue=diff(due,lag=4)

fit2=armaFit(~arima(4,0,0),include.mean=F,data=ddue,method="ML")

#另一种拟合函数

summary(fit2)

fit3=armaFit(~arima(4,0,0),data=ddue,transform.pars=F,fixed=c(NA,0,0,NA),include.mean=F,method="CSS")

summary(fit3)

【一些特殊的模型】

#固定某些系数的值

arima(dw,order=c(4,0,0),fixed=c(NA,0,0,NA,0),method="CSS")

#乘积季节模型

wue=ts(scan("wue.txt"),start=1948,f=12)

arima(wue,order=c(1,1,1),seasonal=list(order=c(0,1,1),period=12),include.mean=F,method="CSS")

#拟合自回归模型，因变量关于时间的回归模型

eg1=ts(scan("582.txt"))

ts.plot(eg1)

fit.gls=gls(eg1~-1+time(eg1),

correlation=corARMA(p=1), method="ML") #看nlme包

summary(fit.gls2)

#或

fit=arima(eg1,c(1,0,0),xreg=time(eg1),include.mean=F,method="ML")

AutocorTest(fit$resid)

#残差白噪声检验

#延迟因变量回归模型

leg1=lag(eg1,-1)

y=cbind(eg1,leg1)

fit=arima(y[,1],c(0,0,0),xreg=y[,2],include.mean=F)

#拟合GARCH模型

library(tseries)

library(fGarch)

library(FinTS)

a=ts(scan("583.txt"))

ts.plot(a)

fit=lm(a~-1+time(a))

r=resid(fit)

summary(fit)

pacf(r^2)

acf(r)

acf(r^2)

AutocorTest(r)

#残差是否存在序列相关

ArchTest(r)

#是否存在ARCH效应

fit1=garchFit(~arma(2,0)+garch(1,1), data=r,

algorithm="nlminb+nm",

trace=F,

include.mean=F)

summary(fit1)

#协整检验

fit=arima(b[,2],xreg=b[,1],method="CSS")

r=resid(fit)

summary(ur.df(r,type="drift",lag=1))

Box.test(r,lag=6,fitdf=1)

【自动运行的自编函数】

acf.3(x)

#同时绘制3个相关图，acf函数的扩展

ur.df.01(x)  #进行单位根检验，得到更加舒服的结果

tsdiag2(x)

#返回x的

arma.choose(x,ari=3,mai=3)

#选择合适的AR和MA，基于包tseries的arma函数

#########################附属自编函数

#...

acf.3=function(x,lag.max=10,…){

ol=par(mfrow=c(3,1),mar=c(2,4,1,1))

acf(x,lag.max=lag.max,type="correlation")

acf(x,lag.max=

lag.max,type="covariance")

acf(x,lag.max= lag.max,type="partial")

par(ol)

}

#...

#...类似于tsgiag函数的扩展

tsdiag2=function(xx.model,fitdf=0,testlag=10){

t1=xx.arma$residuals

t2=acf(na.omit(t1),plot=F)

t3=sapply(1:testlag,

function(x,r,fitdf){

Box.test(r,type="Ljung-Box",lag=x, fitdf=fitdf)

},

r=t1,fitdf=fitdf)

par(mfrow=c(3,1))

plot(t1,type="b",ylab="",main="残差走势")

lines(c(0,length(t1)*2),c(0,0),col=2,lty=2)

plot(t2,type="h",ylab="ACF",main="残差的自相关系数")

plot(do.call("c",t3[3,]),type="p",ylab="P-value",pch=16,col=4,

ylim=c(0,1),main="残差的Ljung-Box检验")

lines(c(0,attr(t1,"tsp")[2]),c(0.05,0.05),lty=2,col=2)

}

#...

ur.df.01=function(x,lags=8){

#将三种ADF检验形式汇总的函数(结果和EVIEWS不一致)

res=matrix(0,5,3)

colnames(res)=c("无","含常数项","含常数项和趋势项")

rownames(res)=c("tau统计量","1%临界值","5%临界值",

"10%临界值","是否稳定(1/0)")

types=c("none","drift","trend")

for(i in

1:3){

x.adf=ur.df(x,type=types[i],lags=lags,selectlags="AIC")

[email protected]  #统计量

[email protected]      #临界值

res[1,i]  =x.adf.1[1]

res[2:4,i]=x.adf.2[1,]

res[5,i]=if(

!is.nan(res[1,i]) & abs(res[1,i]) > abs(res[3,i]) ) 1 else 0

}

return(res)

}

#...

#...

arma.choose.02=function(x){

#二进制进位运算，以矩阵形式,x=c(0,1,0,1,...)

n=length(x)

if(

all(!as.logical(x-rep(1,n))) ) stop("已不能再加1!")

x[1]=x[1]+1

for(i in

1:(n-1)) if(x[i]>1){ x[i]=0;x[i+1]=x[i+1]+1 }

return(x)

}

arma.choose.01=function(ti){

#把ti变换成所有可能的ti个0或1的组合

if(ti<0)  stop("ti要大于0！")

if(ti==0) return(0)

if(ti%%1!=0)

stop("ti要整数！")

res=matrix(0,2^ti,ti)

for(i in 2:2^ti)

res[i,]=arma.choose.02(res[i-1,])

return(res)

}

arma.choose.03=function(t0){

gsub(",

",".",toString(t0,sep=""))

}

arma.choose.04=function(i,ari,tti){

#ari是最大滞后期,tti由ari生成

ar.lag=((1:ari)*tti[i,])

ar.lag=ar.lag[ar.lag!=0]

ar.lag

}

arma.choose=function(x,ari=3,mai=3,...){

tti=arma.choose.01(ari)

ttj=arma.choose.01(mai)

ti=2^ari;tj=2^mai

res.aic=matrix(Inf,ti,tj)     #保存所有组合的AIC

rownames(res.aic)=paste("AR",apply(tti,1,arma.choose.03),sep=".")

colnames(res.aic)=paste("MA",apply(ttj,1,arma.choose.03),sep=".")

res.rss=matrix(Inf,ti,tj)     #保存所有组合的RSS

rownames(res.rss)=paste("AR",apply(tti,1,arma.choose.03),sep=".")

colnames(res.rss)=paste("MA",apply(ttj,1,arma.choose.03),sep=".")

for(i in

2:ti){

j=1

ar.lag=arma.choose.04(i,ari,tti)

x.arma=arma(x,lag=list(ar=ar.lag),...)

ss=summary(x.arma)

res.aic[i,j]=ss$aic

res.rss[i,j]=sum(ss$residuals^2)

}

for(j in

2:tj){

i=1

ma.lag=arma.choose.04(j,mai,ttj)

x.arma=arma(x,lag=list(ma=ma.lag),...)

ss=summary(x.arma)

res.aic[i,j]=ss$aic

res.rss[i,j]=sum(ss$residuals^2)

}

for(i in

2:ti){for(j in 2:tj){

ar.lag=arma.choose.04(i,ari,tti)

ma.lag=arma.choose.04(j,mai,ttj)

x.arma=arma(x,lag=list(ar=ar.lag,ma=ma.lag),...)

ss=summary(x.arma)

res.aic[i,j]=ss$aic

res.rss[i,j]=sum(ss$residuals^2)

}}

res=list()

res[["tt.ar"]]=tti

res[["tt.ma"]]=ttj

temp1=which.min(res.aic)

#找到最小的位置，把res.aic当做按列排的向量

temp2=temp1 %% ti

#ti是行数，取余以后就是(temp2)行号

#AR可以直接被arma调用，MA同理

res[["AR"]]=if(temp2==0)

arma.choose.04(ti,ari,tti) else arma.choose.04(temp2,ari,tti)

res[["MA"]]=arma.choose.04( ceiling( temp1 / ti ), mai,ttj)

res[["aic"]]=res.aic

res[["rss"]]=res.rss

res

}

#...