Hamilton mostra che questa è una rappresentazione corretta nel libro, ma l'approccio può sembrare un po 'controintuitivo. Consentitemi quindi di dare prima una risposta di alto livello che motiva la sua scelta di modello e quindi elabori un po 'la sua derivazione.
Motivazione :
Come dovrebbe essere chiaro dalla lettura del capitolo 13, ci sono molti modi per scrivere un modello dinamico nella forma dello spazio degli stati. Dovremmo quindi chiederci perché Hamilton abbia scelto questa particolare rappresentazione. Il motivo è che questa rappresentazione mantiene bassa la dimensionalità del vettore di stato. Intuitivamente, potresti pensare (o almeno lo farei io) che il vettore di stato per un ARMA ( , ) debba essere almeno della dimensione . Dopotutto, osservando dire , non possiamo dedurre il valore di . Tuttavia mostra che possiamo definire la rappresentazione dello spazio degli stati in un modo intelligente che lascia il vettore di stato della dimensione al massimoq p + q y t - 1 ϵ t - 1 r = max { p , q + 1 } p qpqp + qyt - 1εt - 1r = max { p , q+ 1 }. Mantenere bassa la dimensionalità dello stato può essere importante per l'implementazione computazionale, immagino. Si scopre che la sua rappresentazione nello spazio degli stati offre anche una buona interpretazione di un processo ARMA: lo stato non osservato è un AR ( ), mentre la parte MA ( ) sorge a causa di un errore di misurazione.pq
Derivazione :
Ora per la derivazione. Prima nota che, usando la notazione dell'operatore lag, l'ARMA (p, q) è definito come:
dove lasciamo per e per e omettiamo poiché è almeno . Quindi tutto ciò che dobbiamo mostrare è che le sue equazioni di stato e osservazione implicano l'equazione sopra. Lascia che il vettore di stato sia
Ora guarda il equazione di stato. Puoi controllare che le equazioni da aϕ j = 0 j > p θ j = 0 j > q θ r r q + 1ξ t = { ξ 1 , t , ξ 2 , t , … , ξ r , t } ⊤ 2 r t + ϕ 2 ξ 2 , t + … + ϕ
( 1 - ϕ1L - ... - ϕrLr) ( yt- μ ) = ( 1 + θ1L + ... + θr - 1Lr - 1) ϵt
φj= 0j > pθj= 0j > qθrrq+ 1ξt= { ξ1 , t, ξ2 , t, ... , ξr , t}⊤
2rsposta semplicemente le voci su un punto avanti e scarta nel vettore di stato in . La prima equazione, che definisce è quindi quella pertinente. Scrivendolo:
Poiché il secondo elemento di è il primo elemento di e il terzo elemento di è il primo elemento di
ξ i - 1 , t + 1 ξ r , t t + 1 ξ i , t + 1 ξ 1 , t + 1 = ϕ 1 ξ 1 ,ξio , tξi - 1 , t + 1ξr , tt + 1ξi , t + 1ξ1 , t + 1= ϕ1ξ1 , t+ ϕ2ξ2 , t+ ... + ϕrξr , t+ ϵt + 1
ξtξt - 1ξtξt - 2e così via, possiamo riscriverlo, usando la notazione dell'operatore lag e spostando il polinomio di ritardo sul lato sinistro (equazione 13.1.24 in H.):
Quindi lo stato nascosto segue un processo autoregressivo. Allo stesso modo, l'equazione di osservazione è
o
Questo non assomiglia molto ad un ARMA finora, ma ora arriva il bella parte: moltiplica l'ultima equazione per :
( 1 - ϕ1L - ... - ϕrLr) ξ1 , t + 1= ϵt + 1
yt= μ + ξ1 , t+ θ1ξ2 , t+ ... + θr - 1ξr - 1 , t
yt- μ = ( 1 + θ1L + ... + θr - 1Lr - 1) ξ1 , t
( 1 - ϕ1L - ... - ϕrLr)( 1 - ϕ1L - ... - ϕrLr) ( yt- μ ) = ( 1 + θ1L + ... + θr - 1Lr - 1) ( 1 - ϕ1L - ...- ϕrLr) yt
Ma dall'equazione di stato (ritardata di un punto), abbiamo ! Quindi quanto sopra equivale a
che è esattamente quello che dovevamo mostrare! Quindi il sistema di osservazione dello stato rappresenta correttamente l'ARMA (p, q). Stavo davvero parafrasando Hamilton, ma spero che questo sia utile comunque.
( 1 - ϕ1L - ... - ϕrLr) ξ1 , t= ϵt( 1 - ϕ1L - ... - ϕrLr) ( yt- μ ) = ( 1 + θ1L + ... + θr - 1Lr - 1) ϵt