Методы определения параметров уравнения тренда. Аналитическое сглаживание временного
а) Методы выделения тренда. Анализ значимости тренда. Выделение остатков и их анализ.
Одним из важнейших понятий технического анализа является понятие тренда. Слово тренд - калька с английского trend (тенденция). Однако точного определения тренда в техническом анализе не дается. И это не случайно. Дело в том, что тренд или тенденция временного ряда - это несколько условное понятие. Под трендом понимают закономерную, неслучайную составляющую временного ряда (обычно монотонную, т.е. либо возрастающую, либо убывающую), которая может быть вычислена по вполне определенному однозначному правилу. Тренд реального временного ряда часто связан с действием природных (например, физических) законов или каких-либо других объективных закономерностей. Однако, вообще говоря, нельзя однозначно разделить случайный процесс или временной ряд на регулярную часть (тренд) и колебательную часть (остаток). Поэтому обычно предполагают, что тренд - это некоторая функция или кривая достаточно простого вида (линейная, квадратичная и т.п.), описывающая «среднее поведение» ряда или процесса. Если оказывается, что выделение такого тренда упрощает исследование, то предположение о выбранной форме тренда считается допустимым. B техническом анализе обычно предполагается, что тренд линеен (и его график - прямая линия) или кусочно линеен (и тогда его график - ломаная линия).
Предположим, что реализация временного ряда в моменты времени Т=t1, t2,...tN принимает значения X=x1,х2,...xN. Линейный тренд имеет уравнение x=at+b. Известны специальные методы нахождения коэффициентов а и b этого уравнения. В том техническом анализе, который описывается в большинстве книг, тренд находится некоторыми графическими или несложными приближенными приемами. Однако в современной практике широко используются компьютеры, которые за считанные секунды могут по заданному массиву данных выписать точное уравнения тренда заданного вида (в частности, линейного тренда).
Для временного ряда общее уравнение линейного тренда имеет вид:
Величина МТ - среднее значение моментов времени t1, t2,...tN. Выбирая подходящую единицу времени, мы всегда можем считать, что t1, t2... - это просто натуральные числа 1,2.... Например, так будет для ценового ряда, в котором цены на акции фиксируется ежедневно на момент начала торгов, если за единицу времени взять один день. В таком случае:
Величины от и о называются средними квадратичными отклонениями, они характеризуют разброс значений вокруг средних значений МТ и MX величин Т и X соответственно. Вычисление о вручную довольно утомительно, особенно для больших массивов данных. Однако все компьютерные программы, ориентированные на финансовые приложения, и даже такие универсальные программы, как Excel (не говоря уж о специальных статистических пакетах, таких как SPSS, Statistica, Statgraphics и др.) дают возможность мгновенно вычислить о для любого массива данных, который введен в память компьютера (и записан в некоторой определенной форме). Что касается величины от, то для случая ряда натуральных чисел она равна:
Величина г играет в формуле тренда ключевую роль. Она называется коэффициентом корреляции (другое название: нормированный коэффициент корреляции) и характеризует степень взаимосвязи переменных Х и Т. Коэффициент корреляции принимает значения в промежутке от - 1 до +1. Если он близок к нулю, то это значит, что нет возможности выделить значимый линейный тренд. Если он положителен, то есть тенденция роста изучаемого индекса, причем, чем ближе г к единице, тем эта тенденция становится все более определенной. При отрицательном г имеем тенденцию к убыванию.
Вычисление г весьма громоздко, но современный компьютер делает это практически мгновенно.
При r>0 говорят о положительном тренде (с течением времени значения временного ряда имеет тенденцию возрастать), при r
Знаете ли Вы, что: самые успешные в Рунете управляющие ПАММ-счетами осуществляют свою деятельность через компанию Альпари: рейтинг ПАММ-счетов ; рейтинг готовых портфелей ПАММ-счетов .
После вычисления линейного тренда нужно выяснить, насколько он значим. Это делается с помощью анализа коэффициента корреляции. Дело в том, что отличие коэффициента корреляции от нуля и тем самым наличие тренда (положительного или отрицательного) может оказаться случайным, связанным со спецификой рассматриваемого отрезка временного ряда. Иначе говоря, при анализе другого набора экспериментальных данных (для того же временного ряда) может оказаться, что полученная при этом оценка величины г намного ближе к нулю, чем исходная (и, возможно, даже имеет другой знак), и говорить о реальном, выраженном тренде тут уже становится трудно.
Для проверки значимости тренда в математической статистике разработаны специальные методики. Одна из них основана на проверке равенства г = 0 с помощью распределения Стьюдента (Стьюдент - это псевдоним английского статистика У.Госсета).
Предположим, что имеется набор экспериментальных данных - значения х1, х2,...xN временного ряда в равноотстоящие моменты времени t1, t2...tN. С помощью специальных программ (см. выше) по этим данным можно вычислить приближение г* к точному значению г коэффициента корреляции (это приближение называют оценкой). Назовем это значение г* экспериментальным. Общая идея метода статистической проверки гипотез такова. Выдвигается некоторая гипотеза, в нашем случае это гипотеза о равенстве нулю коэффициента корреляции. Далее, задается некоторый уровень вероятности а. Смысл этой величины заключается в том, что она является вероятностной мерой допустимой ошибки. А именно, мы допускаем, что сделанный нами вывод о справедливости или несправедливости гипотезы на основании заданного массива экспериментальных данных может оказаться ошибочным, ибо абсолютно точного вывода на основании лишь частичной информации ожидать, конечно, не стоит. Однако мы можем потребовать, чтобы вероятность этой ошибки не превосходила некоторой заранее выбранной величины а (уровня вероятности). Обычно берут ее значение равным 0.05 (т.е. 5%) или 0.10, иногда прут и 0.01. Событие, вероятность которого меньше, чем а, считается настолько редким, что мы берем на себя смелость им пренебрегать. Для временных рядов разной природы эту величину выбирают по-разному. Если речь идет о ряде цен на акции какой-то небольшой фирмы, то риск ошибиться не несет катастрофических последствий (для независимых от этой фирмы участников торгов) и потому а можно взять не очень маленьким. Если же речь идет о крупной сделке, то последствия ошибки могут быть очень тяжелыми и значение а берут поменьше.
Можно доказать, что при достаточно больших значениях N эта величина Uэкс (тоже являющаяся случайной) очень похожа на одну из стандартных случайных величин, используемых в математической статистике или, как говорят в математической статистике, близка к распределению Стьюдента с числом степеней свободы k (так называется параметр, задающий распределение Стьюдента), равным N-2, где N-число экспериментальных данных.
Для распределения Стьюдента имеются подробные таблицы, в которых для заданного уровня вероятности а и числа степеней свободы k указывается критическое значение Икр. Критическим или граничным оно называется потому, что ограничивает двустороннюю (учитывающую и положительные и отрицательные значения) область, вне которой значения случайной величины могут оказаться достаточно редко, с вероятностью не большей, чем а. Точнее, при условии г = 0 имеет место равенство:
В настоящее время значение Uкр можно находить не только из таблиц (где оно приводится только лишь для некоторых отдельных значений уровня вероятности - см. Табл. 2 ниже). Любая современная статистическая программа для компьютера дает возможность мгновенно вычислить Uкр для произвольного заданного уровня вероятности. Как нетрудно понять, с ростом величины а значения Uкр тоже растут.
Далее рассуждают следующим образом. Предположим, что число N достаточно велико. Тогда случайная величина 0зкс распределена приблизительно по закону Стьюдента. Если г = 0, то с большой (т.е. близкой к 1) вероятностью, равной 1 - а, значение Uэкс должно по модулю не превосходить Uкр, т.е. лежать между - кр и Uкр. А вот выходить за пределы отрезка [-Uкр, Uкр] величина Uзкс может только с вероятностью а (которую мы согласились считать малой). Поэтому если I Uзкс I > Uкр, то делают заключение о том, что гипотеза г = 0 экспериментальными данными не подтверждается, т.е. г значимо отличен от нуля и потому тренд является выраженным. Вероятность ошибки такого заключения не превосходит заданного уровня вероятности а. Если же | Uзкс | Например, пусть г*= 0.20 и N= 20. Тогда вычисление дает Uэкс = 0.87. Для уровня вероятности 5% находим из таблицы распределения Стьюдента Uкр = 2.10. Сравнивая Uэкс и Uкр, видим, что тут гипотезу о равенстве нулю коэффициента корреляции отвергать нет основания. Тренд здесь не является выраженным.
Если в результате исследования выяснилось, что тренд является выраженным, то только тогда можно этот тренд использовать для прогнозирования временного ряда. Вычислив коэффициенты а и b уравнения линейного тренда, указанные выше, получаем линейную зависимость, которая на некотором промежутке времени приблизительно описывает тенденцию динамики временного ряда. Графиком является прямая линия, продолжив которую в будущее, мы можем делать предположения о том, каковы будут значения временного ряда в будущем. Однако тенденции имеют свойства меняться, поэтому в какой-то момент времени в поведении временного ряда наступает перелом, после которого старое уравнение тренда уже не может описывать адекватно временной ряд. Сложность заключается в том, что уловить этот переломный момент очень непросто. Исследование линейного тренда ничего не говорит о наличии в будущем точек поворота, так что при их поиске приходится использовать совсем другие методы. О некоторых из них будет сказано ниже.
Кроме линейного тренда, приходится рассматривать и тренды более сложной структуры. В техническом анализе в таких случаях говорят о замедлении или ускорении линейного тренда, как бы признавая, что он утратил свою линейность. При этом заранее указать ту функцию, с помощью которой можно описать этот тренд, обычно не представляется реальным. Поэтому часто на практике просто перебирают несколько простых функциональных зависимостей (которые могут содержать несколько параметров) и для каждой из них оценивают, насколько успешно функцией того или иного вида можно описать тенденцию рассматриваемого временного ряда. При наличии компьютера эти вычисления не занимают много времени, а иногда могут проводиться даже в автоматическом режиме, выделяющем среди нескольких заданных видов трендов оптимальный. Однако далеко не всегда среди рассмотренных функций есть та, которая действительно достаточно эффективно описывает тенденцию развития заданного временного ряда. В этом случае приходится идти другими путями. Так, часто в подобной ситуации производят различные преобразования членов временного ряда (логарифмирование, «дифференцирование» - образование разностей соседних членов ряда, «интегрирование» - суммирование последовательных членов ряда и др.) для того, чтобы попытаться получить временной ряд с ясно выраженным линейным трендом. Если это удается, то к полученному ряду применяют методы вычисления тренда, описанные выше, а потом обратным преобразованием возвращаются к исходному ряду.
б) Методы выявления скрытых зависимостей. Корреляционный анализ временных рядов. Спектральный анализ и его применения.
После того, как выявлен тренд, остается задача описать те колебания, которые временной ряд совершает вокруг этого тренда. Ведь ясно, что тренд - это просто тенденция, на ней основывать прогнозы рискованно, так как в разные промежутки времени реальная ситуация может отклоняться, причем весьма значительно, от тренда в ту или иную сторону. При этом отклонение в одну сторону может принести прибыль, а в другую - убытки. В техническом анализе в этом случае говорят об осцилляторах. Методика анализа осцилляторов до самого недавнего времени находилась на очень низком, практически на доматематическом уровне. Только в последние годы с приходом вычислительной техники и специалистов, имеющих хорошее математическое образование (они до сих пор реализовывали его в оборонной промышленности, которая во всем мире сейчас находится в упадке) при анализе осцилляторов стали использоваться достаточно современные методы (основанные на гармоническом и спектральном анализе).
Колебания вокруг тренда разделяют на регулярные (являющиеся комбинацией нескольких синусоидальных или близких к ним колебаний, имеющих разные частоты) и случайные. Для выделения регулярных колебаний (их еще иногда называют скрытыми закономерностями) в математике по "заказам" большого числа прикладных наук разработано множество разных методов. Даже просто перечислить их нет никакой возможности. Однако все эти методы принадлежат обычно к одной из двух больших групп.
В первой группе - методы, своим происхождением обязанные математической статистике, а точнее - теории корреляции. Теория корреляции изучает связи между случайными величинами, а также связи между отдельными значениями временных рядов, разделенных определенным промежутком времени (лагом). Если оказывается, например, что имеется тесная связь между значениями временного ряда, разделенными промежутком времени в 12 единиц, то это можно рассматривать как указание на то, что мы обнаружили колебательную компоненту (не обязательно точно синусоидальную) с периодом в 12 единиц времени. Практически такой анализ производят с помощью специальных программ, которые производят вычисление кореллограммы - оценки для функции корреляции (которая описывает корреляцию между значениями временного ряда, взятыми через всевозможные интервалы времени - лаги).
Вторая группа методов пришла из техники - там при анализе сигналов давно и с успехом используется спектральный анализ. С помощью специальных методов (разложения в тригонометрические ряды и интегралы Фурье) производится выделение наиболее значимых гармоник, которые и дают регулярную часть колебаний вокруг тренда. Здесь вычисления еще более громоздкие, чем в корреляционном анализе. однако ныне об этих сложностях можно совершенно забыть (компьютер производит все необходимые расчеты за несколько секунд). Поэтому настало время учиться анализировать те данные, которые предоставляет спектральный анализ и строить на основании этих данных прогнозы. Эти методы довольно чувствительны к погрешностям в задании исходных данных и потому иногда приводят к заключениям о наличии закономерностей в изучаемом процессе, которых на самом деле нет.
в) Стохастическое прогнозирование (модели ARIMA).
Стохастическое прогнозирование - построение прогнозов на основе разного рода стохастических моделей. Стохастическим модели - это такие модели, которые сконструированы с помощью понятий и методов теории случайных процессов. В частности, среди этих моделей имеются те, в которых будущие значения вычисляются с помощью формул, выражающих эти значения через несколько предыдущих (т.е. соответствующих предшествующим моментам времени) значений. Такого рода модели называют авторегрессионными. Есть модели и другого рода - в них процесс моделируется комбинацией нескольких абсолютно случайных процессов (называемых белым шумом). Эти модели называют моделями скользящего среднего. Понятие скользящего среднего в техническом анализе является одним из основных инструментов, Огромное число прогностических методик основано на различных комбинациях скользящих средних разных порядков" (соответствующих разным временным отрезкам - 7, 14 дней и др.). В инженерной практике сходный метод называется фи-" льтрацией сигнала. Наиболее эффективные модели используют оба указанных метода. Одна из самых распространенных. комбинированных моделей такого рода - это ARIMA. По-русски это звучит, как АРПСС и расшифровывается как Авто-Регрессия и Проинтегрированное Скользящее Среднее. Мы не будем здесь входить в подробности построения этих моделей - они достаточно сложны. Для тех, кто хочет всерьез ознакомиться с этим, самым эффективным классом стохастических моделей, рекомендуем обратиться к книге "Статистический анализ данных на компьютере" . Непосредственные вычисления в ARIAL производятся только с применением компьютера, так как они очень громоздки. Метод ARIMA является наиболее распространенным общим методом стохастического моделирования во многих областях, в том числе и при серьезном подходе к анализу данных и прогнозированию финансовой деятельности. После построения стохастической модели ее можно использовать для прогнозирования. Однако следует отметить, что прогноз в этой (как и во всех других математических моделях) выдается с указанными границами, в пределах которых возможна ошибка.
На приведенной диаграмме (она построена с помощью программы Statgraphics) указан прогноз, получаемый с помощью стохастической модели. Он состоит из основной линии и двух граничных, между которыми с заданной степенью уверенности (называемой доверительной вероятностью, она обычно равна 95%) будут находиться члены исследуемого временного ряда (например, ряда цен) в ближайшем будущем.
г) Использование чисел Фибоначчи. Методы Ганна.
Использование чисел Фибоначчи в техническом анализе имеет довольно давнюю историю. Сами зти числа были введены математиком Леонардо Пизанским (его называли Фибоначчи, - т.е. сын Боначчо, а Боначчо - добродушный - было прозвищем его отца) в его "Книге абака" в 1228 году, где он их использовал для вычисления роста потомства у Кроликов. На самом деле этот ряд чисел был известен еще в древнем Египте. В книге Фибоначчи приведены первые 14 чисел этого бесконечного ряда чисел.
Каждое число в этой последовательности равно сумме двух предыдущих. Первыми двумя числами берутся 1 и 1, а се последующие однозначно определяются с помощью указанного выше правила. Числа Фибоначчи особенно хорошо известны в развлекательной части математики, а также в некоторых разделах современной математики (издается даже международный математический журнал Fibonacci Quarterly, посвященный числам Фибоначчи и их применениям). Можно доказать, что отношение каждого числа Фибоначчи к последующему с ростом порядкового номера этого числа стремится к числу 0.618... - к знаменитому числу золотого сечения. Это число пользовалось огромной популярностью еще в средние века, а сейчас ему придается чуть ли не фундаментальное значение во многих областях искусства и науки. Однако очень часто на самом деле оказывается, что важную роль играет не само это число, а близкое к нему число 2/3 = 0.666666... Число 2/3 действительно фундаментально, оно символизирует троичное деление, а вот число золотого сечения часто используется просто "для красоты".
В техническом анализе есть несколько методов, которые связаны с использованием числа золотого сечения и нескольких производных от него чисел. Прежде всего можно отметить, что продолжительности отдельных элементов (волн) в волновой теории Р.Эллиотта (о которой будет рассказано ниже) связываются между собой именно с помощью этого числа. Кстати, само разделение цикла на 8=5+3 этапов в волновой теории указывает на числа Фибоначчи 3,5,8.
В техническом анализе для делений (вертикальными и наклонными прямыми) чарта используют число 0.618... и производные от него числа (например (0.61 8...] = 1-0.61 8...= 0382...). Например, строится сетка, соотношение сторон которой равно числу золотого сечения или отношению чисел Фибоначчи (что, как мы уже знаем, примерно одно и то же). Относительно этой сетки и изучаются отдельные элементы чарта (линии сопротивления и поддержки, точки поворота и другие характерные точки). Вертикальные линии этой сетки задают периоды Фибоначчи (причем в литературе рекомендуется игнорировать первые две-три линии этого разбиения). Можно также строить отдельные наклонные линии, тоже задаваемые числами Фибоначчи. Эти линии проводятся от ключевых точек графика (например, от точек поворота). Считается, что линии Фибоначчи сохраняют свое действие некоторое время и после изменения тренда, что позволяет использовать эти линии для прогнозирования. Однако во всех этих случаях можно просто использовать число 2/3 и получить ничуть не худшие результаты (хотя, может быть и не столь эффектно оформленные, как при использовании золотого сечения). С помощью таких делений иногда удается весьма эффективно описать движения цен. Однако при резком развороте рынка приходится заново перерисовывать все линии Фибоначчи.
Подробную систему графического анализа чартов разработал Уильям Ганн (1878-1955), который одним из первых стал использовать в техническом анализе геометрические методы. Он строил наклонные линии (линии Ганна), задаваемые числами 1/8, 1/4, 1/3, 3/8, 1/2, 5/8, 2/3, 3/4, 7/8, и использовал их, в частности, для нахождения линий сопротивления и поддержки - фундаментальных линий в графическом техническом анализе. При приближении к этим линиям Ценовой ряд прекращает рост (для линии сопротивления) или падение (для линий поддержки) или, по крайней мере, сильно замедляет их. При некотором желании среди этих чисел можно найти такие, которые приближенно выражаются через число золотого сечения и на этом основании сделать вывод, что это замечательное число и здесь играет основную роль. Однако идея Ганна была намного проще - он просто выписал последовательность тех чисел в отрезке , которые задаются достаточно простыми дробями.
Ганн строил лучи, исходящие их характерных точек чарта (обычно из точек поворота), чтобы получать линии сопротивления и поддержки. Самое трудное здесь - правильно выбрать исходную точку линий Ганна. Можно комбинировать сетку Фибоначчи и линии Ганна. Эти методы реализованы во многих программах технического анализа (таких, как, например, MetaStock).
Является тренд . Одним из наиболее популярных способов моделирования тенденции временного ряда является нахождение аналитической функции, характеризующей зависимость уровней ряда от времени. Этот способ называется аналитическим выравниванием временного ряда.
Зависимость показателя от времени может принимать разные формы, поэтому находят различные функции: линейную, гиперболу, экспоненту, степенную функцию, полиномы различных степеней. Временной ряд исследуют аналогично линейной регрессии.
Параметры любого тренда можно определить обычным методом наименьших квадратов, используя в качестве фактора время t = 1, 2,…, n, а в качестве зависимой переменной используют уровни временного ряда. Для нелинейных трендов сначала проводят процедуру линеаризации.
К числу наиболее распространенных способов определения типа тенденции относят качественный анализ изучаемого ряда , построение и анализ графика зависимости уровней ряда от времени, расчет основных показателей динамики. В этих же целях можно часто используют и .
Линейный тренд
Тип тенденции определяют путем сравнения коэффициентов автокорреляции первого порядка. Если временной ряд имеет линейный тренд, то его соседние уровни yt и yt-1 тесно коррелируют. В таком случае коэффициент автокорреляции первого порядка уровней исходного ряда должен быть максимальный. Если временной ряд содержит нелинейную тенденцию, то чем сильнее выделена нелинейная тенденция во временном ряду, тем в большей степени будут различаться значения указанных коэффициентов.
Выбор наилучшего уравнения в случае, если ряд содержит , можно осуществить перебором основных видов тренда, расчета по каждому уравнению коэффициента корреляции и выбора уравнения тренда с максимальным значением коэффициента.
Параметры тренда
Наиболее простую интерпретацию имеют параметры экспоненциального и линейного трендов.
Параметры линейного тренда интерпретируют так: а — исходный уровень временного ряда в момент времени t = 0; b - средний за период абсолютный прирост уровней рада.
Параметры экспоненциального тренда имеют такую интерпретацию. Параметр а - это исходный уровень временного ряда в момент времени t = 0. Величина exp(b) - это средний в расчете на единицу времени коэффициент роста уровней ряда.
По аналогии с линейной моделью расчетные значения уровней рада по экспоненциальному тренду можно определить путем подстановки в уравнение тренда значений времени t = 1,2,…, n, либо в соответствии с интерпретацией параметров экспоненциального тренда: каждый последующий уровень такого ряда есть произведение предыдущего уровня на соответствующий коэффициент роста
При наличии неявной нелинейной тенденции нужно дополнять описанные выше методы выбора лучшего уравнения тренда качественным анализом динамики изучаемого показателя, для того, чтобы избежать ошибок спецификации при выборе вида тренда. Качественный анализ предполагает изучение проблем возможного наличия в исследуемом ряду поворотных точек и изменения темпов прироста, начиная с определенного момента времени под влиянием ряда факторов, и т. д. В том случае если уравнение тренда выбрано неправильно при больших значениях t, результаты прогнозирования динамики временного ряда с использованием исследуемого уравнения будут недостоверными по причине ошибки спецификации.
Иллюстрация возможного появления ошибки спецификации приведем на рисунке
Если оптимальной формой тренда является парабола, в то время как на самом деле имеет место линейная тенденция, то при больших t парабола и линейная функция естественно будут по разному описывать тенденцию в уровнях ряда.
Согласно формуле (9.29) параметры линейного тренда равны а = 1894/11 = 172,2 ц/га; b = 486/110 = 4,418 ц/га. Уравнение линейного тренда имеет вид:
у̂ = 172,2 + 4,418t , где t = 0 в 1987 г Это означает,что средний фактический и выравненный уровень, отнесенный к середине периода, т.е. к 1991 г., равен 172 ц с 1 ra a среднегодовой прирост составляет 4,418 ц/га в год
Параметры параболического тренда согласно (9.23) равны- b = 4,418; a = 177,75; с = -0,5571. Уравнение параболического тренда имеет вид у̃ = 177,75 + 4,418t - 0.5571t 2 ; t = 0 в 1991 г. Это означает, что абсолютный прирост урожайности замедляется в среднем на 2·0,56 ц/га в год за год. Сам же абсолютный прирост уже не является константой параболического тренда, а является средней величиной за период. В год, принятый за начало отсчета т.е. 1991 г., тренд проходит через точку с ординатой 77,75 ц/га; Свободный член параболического тренда не является средним уровнем за период. Параметры экспоненциального тренда вычисляются по формулам(9.32) и (9.33) lnа = 56,5658/11 = 5,1423; потенцируя, получаем а = 171,1; lnk = 2,853:110 = 0,025936; потенцируя, получаем k = 1,02628.
Уравнение экспоненциального тренда имеет вид: y̅ = 171,1·1,02628 t .
Это означает, что среднегодовой темп поста урожайности за период составил 102,63%. В точке принятК начало отсчета, тренд проходит точку с ординатой 171,1 ц/га.
Рассчитанные по уравнениям трендов уровни записаны в трех последних графах табл. 9.5. Как видно по этим данным. расчетные значения уровней по всем трем видам трендов различаются ненамного, так как и ускорение параболы, и темп роста экспоненты невелики. Существенное отличие имеет парабола - рост уровней с 1995 г. прекращается, в то время как при линейном тренде уровни растут и далее, а при экспоненте их ост ускоряется. Поэтому для прогнозов на будущее эти три тренда неравноправны: при экстраполяции параболы на будущие годы уровни резко разойдутся с прямой и экспонентой, что видно из табл. 9.6. В этой таблицепредставлена распечатка решения на ПЭВМ по программе «Statgraphics» тех же трех трендов. Отличие их свободных членов от приведенных выше объясняется тем, что программа нумерует года не от середины, а от начала, так что свободные члены трендов относятся к 1986 г., для которого t = 0. Уравнение экспоненты на распечатке оставлено в логарифмированном виде. Прогноз сделан на 5 лет вперед, т.е. до 2001 г.. При изменении начала координат (отсчета времени) в уравнении параболы меняется и средний абсолютной прирост, параметр b. так как в результате отрицательного ускорения прирост все время сокращается, а его максимум - в начале периода. Константой параболы является только ускорение.
В строке «Data» приводятся уровни исходного ряда; «Forecast summary» означает сводные данные для прогноза. В следующих строках - уравнения прямой, параболы, экспоненты - в логарифмическом виде. Графа ME означает среднее расхождение между уровнями исходного ряда и уровнями тренда (выравненными). Для прямой и параболы это расхождение всегда равно нулю. Уровни экспоненты в среднем на 0,48852 ниже уровней исходного ряда. Точное совпадение возможно, если истинный тренд - экспонента; в данном случае совпадения нет, но различие, мало. Графа МАЕ -это дисперсия s 2 - мера колеблемости фактических уровней относительно тренда, о чем сказано в п. 9.7. Графа МАЕ - среднее линейное отклонение уровней от тренда по модулю (см. параграф 5.8); графа МАРЕ - относительное линейное отклонение в процентах. Здесь они приведены как показатели пригодности выбранного вида тренда. Меньшую дисперсию и модуль отклонения имеет парабола: она за период 1986 - 1996 гг. ближе к фактическим уровням. Но выбор типа тренда нельзя сводить лишь к этому критерию. На самом деле замедление прироста есть результат большого отрицательного отклонения, т. е. неурожая в 1996 г.
Вторая половина таблицы - это прогноз уровней урожайности по трем видам трендов на годы; t = 12, 13, 14, 15 и 16 от начала отсчета (1986 г.). Прогнозируемые уровни по экспоненте вплоть до 16-го года ненамного выше,.чем по прямой. Уровни тренда-параболы - снижаются, все более расходясь с другими трендами.
Как видно в табл. 9.4, при вычислении параметров тренда уровни исходного ряда входят с разными весами - значениями t p и их квадратов. Поэтому влияние колебаний уровней на параметры тренда зависит от того, на какой номер года приходится урожайный либо неурожайный год. Если резкое отклонение приходится на год с нулевым номером (t i = 0 ), то оно никакого влияния на параметры тренда не окажет, а если попадет на начало и конец ряда, то повлияет сильно. Следовательно, однократное аналитическое выравнивание неполно освобождает параметры тренда от влияния колеблемости, и при сильных колебаниях они могут быть сильно искажены, что в нашем примере случилось с параболой. Для дальнейшего исключения искажающего влияния колебаний на параметры тренда следует применить метод многократного скользящего выравнивания.
Этот прием состоит в том, что параметры тренда вычисляются не сразу по всему ряду, а скользящим методом, сначала за первые т периодов времени или моментов, затем за период от 2-го до т + 1, от 3-го до (т + 2)-го уровня и т.п. Если число исходных уровней ряда равно п, а длина каждой скользящей базы расчета параметров равна т, то число таких скользящих баз t или отдельных значений параметров, которые будут по ним определены, составит:
L = п + 1 - т.
Применение методики скользящего многократного выравнивания рассматривать, как видно из приведенных расчетов, возможно только при достаточно большом числе уровней ряда, как правило 15 и более. Рассмотрим эту методику на примере данных табл. 9.4 -динамики цен на нетопливные товары развивающихся стран, что опять же дает возможность читателю участвовать в небольшом научном исследовании. На этом же примере продолжим и методику прогнозирования в разделе 9.10.
Если вычислять в нашем ряду параметры по 11 -летним периодам (по 11 уровням), то t = 17 + 1 - 11 = 7. Смысл многократного скользящего выравнивания в том, что при последовательных сдвигах базы расчета параметров на концах ее и в середине окажутся разные уровни с разными по знаку и величине отклонениями от тренда. Поэтому при одних сдвигах базы параметры будут завышаться, при других - занижаться, а при последующем усреднении значений параметров по всем сдвигам базы расчета произойдет дальнейшее взаимопогашение искажений параметров тренда колебаниями уровней.
Многократное скользящее выравнивание не только позволяет получить более точную и надежную оценку параметров тренда, но и осуществить контроль правильности выбора типа уравнения тренда. Если окажется, что ведущий параметр тренда, его константа при расчете по скользящим базам не беспорядочно колеблется, а систематически изменяет свою величину существенным образом, значит, тип тренда был выбран неверно, данный параметр константой не является.
Что касается свободного члена при многократном выравнивании, то нет необходимости и, более того, просто неверно вычислять его величину как среднюю по всем сдвигам базы, ибо при таком способе отдельные уровни исходного ряда входили бы в расчет средней с разными весами, и сумма выравненных уровней разошлась бы с суммой членов исходного ряда. Свободный член тренда - это средняя величина уровня за период, при условии отсчета времени от середины периода. При отсчете от начала, если первый уровень t i = 1, свободный член будет равен: a 0 = у̅ - b ((N-1)/2). Рекомендуется длину скользящей базы расчета параметров тренда выбирать не менее 9-11 уровней, чтобы в достаточной мере погасить колебания уровней. Если исходный ряд очень длинный, база может составлять до 0,7 - 0,8 его длины. Для устранения влияния долго-периодических (циклических) колебаний на параметры тренда, число сдвигов базы должно быть равно или кратно длине цикла колебаний. Тогда начало и конец базы будут последовательно «пробегать» все фазы цикла и при усреднении параметра по всем сдвигам его искажения от циклических колебаний будут взаимопогашаться. Другой способ - взять длину скользящей базы, равной длине цикла, чтобы начало базы и конец базы всегда приходились на одну и ту же фазу цикла колебаний.
Поскольку по данным табл. 9.4, уже было установлено, что тренд имеет линейную форму, проводим расчет среднегодового абсолютного прироста, т. е. параметра b уравнения линейного тренда скользящим способом по 11-летним базам (см. табл. 9.7). В ней же приведен расчет данных, необходимых для последующего изучения колеблемости в параграфе 9.7. Остановимся подробнее на методике многократного выравнивания по скользящим базам. Рассчитаем параметр b по всем базам:
Статистические расчеты содержания влаги
контрольная работа
2. Уравнение тренда на основе линейной зависимости.
2.1. Основные элементы временного ряда.
Можно построить эконометрическую модель, используя два типа исходных данных:
Данные, характеризующие совокупность различных объектов в определённый момент времени.
Данные, характеризующие один объект за ряд последовательных моментов времени.
Модели, построенные по данным первого типа, называются пространственными. Модели, построенные на основе второго типа данных, называются временными рядами.
Временной ряд - это совокупность значений какого-либо показателя за несколько последовательных моментов или периодов времени. Каждый уровень временного ряда формируется под воздействием большого числа факторов, которые условно можно подразделить на три группы:
Факторы, формирующие тенденцию ряда.
Факторы, формирующие циклические колебания ряда.
Случайные факторы.
При различных сочетаниях в изучаемом явлении или процессе этих факторов зависимость уровней ряда от времени может принимать различные формы.
Во-первых, большинство временных рядов экономических показателей имеют тенденцию, характеризующую совокупное долговременное воздействие множества факторов на динамику изучаемого показателя. Очевидно, что эти факторы, взятые в отдельности, могут оказывать разнонаправленное воздействие на исследуемый показатель. Однако в совокупности они формируют его возрастающую или убывающую тенденцию. На рис. 1. показан временной ряд, содержащий возрастающую тенденцию.
Во-вторых, изучаемый показатель может быть подвержен циклическим колебаниям. Эти колебания могут носить сезонный характер, поскольку экономическая деятельность ряда отраслей экономики зависит от времени года. При наличии больших массивов данных за длительные промежутки времени можно выявить циклические колебания, связанные с общей динамикой конъюнктуры рынка, а также с фазой бизнес цикла, в которой находится экономика страны. На рис. 2. представлен временной ряд, содержащий только сезонную компоненту.
Некоторые временные ряды не содержат тенденции и циклической компоненты, а каждый следующий их уровень базируется как сумма среднего уровня ряда и некоторой случайной компоненты. Пример ряда, содержащего только случайную компоненту, приведён на рис. 3.
Очевидно, что реальные данные не следуют полностью из каких-либо описанных моделей. Чаще всего они содержат все три компоненты. Каждый их уровень формируется под воздействием тенденции, сезонных колебаний и случайной компоненты.
В большинстве случаев фактический уровень временного ряда можно представить как сумму или произведение трендовой, циклической и случайной компонент. Модель, в которой временной ряд представлен как сумма перечисленных компонент, называется аддитивной моделью. Модель, в которой временной ряд представлен как произведение перечисленных компонент, называется мультипликативной моделью.
2.2. Автокорреляция уровней временного ряда.
При наличии во временном ряде тенденции и циклических колебаний значения каждого последующего уровня ряда зависят от предыдущих. Корреляционную зависимость между последовательными уровнями временного ряда называют автокорреляцией. Количественно её можно измерить с помощью линейного коэффициента корреляции между уровнями исходного временного ряда и уровнями этого ряда, сдвинутыми во времени.
Одна из рабочих формул для расчёта коэффициента корреляции имеет вид:
r xy = (x j - x ) * (y j - y ) .
(x j -x) 2 * (y j -y) 2
В качестве переменной x мы рассмотрим ряд y 2 , y 3 , ... y t ; в качестве переменной y рассмотрим ряд y 1 , y 2 , ... y t -1 . Тогда данная формула примет вид:
r 1 = (y t - y 1 ) * (y t-1 - y 2 ) ; где y 1 = y t ; y 2 = y t-1 .
(y t -y 1) 2 * (y t-1 -y 2) 2 n - 1 n - 1
Эту величину называют коэффициентом автокорреляции уровней ряда первого порядка. Число периодов, по которым рассчитывается коэффициент автокорреляции, называют лагом. С увеличением лага число пар значений, по которым рассчитывается коэффициент автокорреляции, уменьшается.
Свойства коэффициента автокорреляции:
Во-первых, он строится по аналогии с линейным коэффициентом корреляции и таким образом характеризует тесноту только линейной связи текущего и предыдущего уровней ряда. Поэтому по коэффициенту автокорреляции можно судить о наличии линейной тенденции.
Во-вторых, по знаку коэффициента автокорреляции нельзя делать вывод о возрастающей или убывающей тенденции в уровнях ряда.
Последовательность коэффициентов автокорреляции уровней первого, второго, и т.д. порядков называют автокорреляционной функцией временного ряда. График зависимости её значений от величины лага называется коррелограммой. Анализ автокорреляционной функции и коррелограммы позволяет определить лаг, при котором автокорреляция наиболее высокая, а, следовательно, и лаг, при котором связь между текущим и предыдущим уровнями ряда наиболее тесная, т.е. при помощи анализа автокорреляционной функции и коррелограммы можно выявить структуру ряда.
Если наиболее высоким оказался коэффициент автокорреляции первого порядка, исследуемый ряд содержит только тенденцию. Если наиболее высоким оказался коэффициент автокорреляции порядка t, ряд содержит циклические колебания с периодичностью в t моментов времени. Если ни один из коэффициентов автокорреляции не является значимым, можно сделать вывод: либо ряд не содержит тенденции и циклических колебаний, либо ряд содержит сильную нелинейную тенденцию, для выявления которой нужно провести дополнительный анализ.
2.3. Моделирование тенденции временного ряда.
Одним из наиболее распространённых способов моделирования тенденции временного ряда является построение аналитической функции, характеризующей зависимость уровней ряда от времени, или тренда. Этот способ называют аналитическим выравниванием временного ряда.
Т.к. зависимость от времени может принимать разные формы, для её формализации можно использовать различные виды функции. Для построения трендов чаще всего применяются следующие функции:
Линейный тренд: y t = a + b*t ;
Гипербола:y t = a + b/t ;
Экспоненциальный тренд: y t = e a + b * t ;
Тренд в форме степенной функции: y t = a*t ;
Парабола: y t = a + b 1 *t + b 2 *t 2 + ... + b k *t k ;
Параметры каждого из этих трендов можно определить методом наименьших квадратов, используя в качестве независимой переменной время t = 1, 2, ... ,n , а в качестве зависимой переменной - фактические уровни временного ряда y t . Для нелинейных трендов предварительно проводят стандартную процедуру их линеаризации.
Существует несколько способов определения типа тенденции. К числу наиболее распространённых способов относятся качественный анализ изучаемого процесса, построение и визуальный анализ графика зависимости уровней ряда от времени, расчёт некоторых основных показателей динамики. В этих же целях можно использовать и коэффициенты автокорреляции уровней ряда. Тип тенденции можно определить путем сравнения коэффициентов автокорреляция первого порядка, рассчитанных по исходным и преобразованным уровням ряда. Если временной ряд имеет линейную тенденцию, то его соседние уровни y t и y t -1 тесно коррелируют. В этом случае коэффициент автокорреляции первого порядка уровней исходного ряда должен быть высоким. Если временной ряд содержит не6линейную тенденцию, например, в форме экспоненты, то коэффициент автокорреляции первого порядка по логарифмам уровней исходного ряда будет выше, чем соответствующий коэффициент, рассчитанный по уровням ряда. Чем сильнее выражена нелинейная тенденция в изучаемом временном ряде, тем в большей степени будут различаться значения указанных коэффициентов.
Выбор наилучшего уравнения в случае, если ряд содержит нелинейную тенденцию, можно осуществить путем перебора основных форм тренда, расчета по каждому уравнению скорректированного коэффициента детерминации R и выбора уравнения тренда с максимальным значением скорректированного коэффициента детерминации.
Высокие значения коэффициентов автокорреляции первого, второго и третьего порядков свидетельствуют о том, что ряд содержит тенденцию. Приблизительно равные значения коэффициентов автокорреляции по уровням этого ряда и по логарифмам уровней позволяют сделать следующий вывод: если ряд содержит нелинейную тенденцию, то она выражена в неявной форме. Поэтому для моделирования его тенденции в равной мере целесообразно использовать и линейную, и нелинейную функции, например степенной или экспоненциальный тренд. Для выявления наилучшего уравнения тренда необходимо определить параметры основных видов трендов.
Наиболее простую экономическую интерпретацию имеют параметры линейного и экспоненциального трендов. Параметры линейного тренда:
a - начальный уровень временного ряда в момент времени t = 0;
b - средний за период абсолютный прирост уровней ряда.
Расчётные по линейному тренду значения уровней временного ряда определяются двумя способами. Во-первых, можно последовательно подставлять в найденное уравнение тренда значения t = 1, 2, ..., n. Во-вторых, в соответствии с интерпретацией параметров линейного тренда каждый последующий уровень ряда есть сумма предыдущего уровня и среднего цепного абсолютного прироста.
Задача №1
Десять человек различного возраста имеют следующие параметры:
1. Определить результативный признак.
Рассчитаем зависимость роста от возраста:
Фактор (X): возраст.
Результативный признак (Y): рост.
a*x + b*x 2 = x*y
10*a + 248*b = 1812
248*a + 6492*b = 45023
a = 1812 - 248*b => 1812 - 248*b *248 + 6492*b = 45023
r = x*y - ( x* y)/n = 45023 - (248*1812)/10 =>
(x 2 - (x) 2 /n)*(y 2 - (y) 2 /n) (6492 - 248 2 /10)*(328444 - 1812 2 /10)
r = 0.44 - прямая умеренная связь
r 2 = 0.19 - рост на 19% зависит от возраста
Тест Фишера:
F cp = r 2 * (n - 2)
F cp = 0.19 * (10 - 2) = 1.78
F табл = 5.32
F cp < F табл =>
Рассчитаем зависимость веса от возраста:
Фактор (X): возраст.
Определим параметры линейной функции с помощью системы уравнений:
a*x + b*x 2 = x*y
10*a + 248*b = 753
248*a + 6492*b = 18856
a = 753 - 248*b => 1812 - 248*b *248 + 6492*b = 18856
r = x*y - ( x* y)/n = 18856 - (248*753)/10 =>
(x 2 - (x) 2 /n)*(y 2 - (y) 2 /n) (6492 - 248 2 /10)*(56967 - 753 2 /10)
r = 0.6 - заметная прямая связь
r 2 = 0.36 - вес на 36% зависит от возраста
Тест Фишера:
F cp = r 2 * (n - 2)
F cp = 0.36 * (10 - 2) = 4.5
F табл = 5.32
F cp < F табл => нулевая гипотеза подтвердилась, уравнение статистически незначимо.
Рассчитаем зависимость веса от роста:
Фактор (X): рост.
Результативный признак (Y): вес.
Определим параметры линейной функции с помощью системы уравнений:
a*x + b*x 2 = x*y
10*a + 1812*b = 753
1812*a + 328444*b = 136562
a = 753 - 1812*b => 753 - 1812*b *1812 + 328444*b = 136562
r = x*y - ( x* y)/n = 136562 - (1812*753)/10 =>
(x 2 - (x) 2 /n)*(y 2 - (y) 2 /n) (328444 - 1812 2 /10)*(56967 - 753 2 /10)
r = 0.69 - заметная прямая связь
r 2 = 0.47 - вес на 47% зависит от роста
x = 1812/10 = 181.2
Тест Фишера:
F cp = r 2 * (n - 2)
F cp = 0.47 * (10 - 2) = 7.1
F табл = 5.32
F cp > F табл => нулевая гипотеза не подтвердилась, уравнение имеет экономический смысл.
Тест Стьюдента:
Рассчитаем случайные ошибки:
.
m a = (y - y x ) 2 * x 2 .
n - 2 n*(x -x) 2
m b = (y - y x ) 2 / (n - 2)
m r = 1 - r 2
m a = 138.19 * 328444 = 72
m b = 138.19 / (10 - 2) = 1
m r = 1 - 0.47 = 0.26
t a = a/m a = 120/72 = 1.67
t b = b/m b = 1.08/1 = 1.08
t r = r/m r = 0.69/0.26 = 2.65
t табл = 2.3
Для расчёта доверительного интервала рассчитаем предельную ошибку:
a = t табл - t a = 2.3 - 1.67 = 0.63
b = t табл - t b = 2.3 - 1.08 = 1.22
r = t табл - t r = 2.3 - 2.65 = -0.35
Рассчитаем доверительные интервалы:
a = a a = -121.03 119.77
b = b b = -0.14 2.3
r = r r = 0.34 1.04
Задача №2
При контрольной выборочной проверке процента влажности почвы фермерских хозяйств региона получены следующие данные:
1. С вероятностью 0.95 и 0.99 установить предел, в котором находится средний процент содержания влаги.
2. Сделать выводы.
Генеральная средняя: x = x = 31.1 = 3.8875
Генеральная дисперсия: 2 = (x - x ) 2 = 1.8875 = 0.1261
n 8 .
Средняя квадратическая стандартная ошибка: x = 2 = 0.1261 = 0.126
Предельная ошибка выборки: x = t* x
Из таблицы значений t-критерия Стьюдента:
Для вероятности 0.95, предельная ошибка выборки:
x = 2.4469*0.126 = 0.308
Для вероятности 0.99, предельная ошибка выборки:
x = 3.7074*0.126 = 0.467
Доверительные интервалы:
Предел среднего процента содержания влаги с вероятностью 0.95:
Верхний центральный показатель некоторой линейной системы
Пусть дана система (2) и - ее решение. Рассмотрим семейство функций, Определение 5 : Функция R (t) называется верхней для системы (2), если она ограничена, измерима и осуществляет оценку, Где - норма матрицы Коши линейной системы...
Дифференциальное исчисление
Исходя из определения производной сформулируем следующее правило нахождения производной функции в точке: Чтобы вычислить производную функции f(x) в точке x0 нужно: 1) Найти f(x) - f(x0); 2) составить разностное отношение; 3) вычислить предел...
Дифференциальное исчисление
Исходя из определения производной...
Инвариантные подгруппы бипримарных групп
В заметке (1) исправлена ошибка, допущенная Бернсайдом в работе (2). А именно в (3) доказано, что группа порядка, где и - различные простые числа и, либо обладает характеристической -подгруппой порядка...
Использование современной компьютерной техники и программного обеспечения для решения прикладной задачи из инженерно-буровой практики
Зная значения коэффициентов а0, а1 и а2 можно найти значений y` по формуле, в нашем случае. Различие между экспериментальными и теоретическими данными невелико. Полученные данные позволяет нам найти зависимость, 5...
Линейная сложность циклотомических последовательностей
Пусть последовательность четвертого порядка, то есть, тогда, согласно лемме 1.1, она формируется по правилу: (2.1) Заметим, что правило (2.1) задает последовательность только тогда, когда...
Математическая модель цифрового устройства игры "Крестики-нолики" с человеком
Игровое поле игры в крестики-нолики может быть представлено в виде сетки, состоящей из строк и столбцов. Каждый элемент сетки может находиться в трех состояниях: пустое (начальное), отмечено крестиком, отмечено ноликом...
Методы отсечения
Среди совокупности п неделимых предметов, каждый i-и (i=1,2,…, п) из которых обладает по i-й характеристике показателем и полезностью найти такой набор, который позволяет максимизировать эффективность использования ресурсов величины...
Приближенное решение алгебраических и трансцендентных уравнений. Метод Ньютона
Информация о предыдущих приближениях корня используется для нахождения последующих приближений не только в методе касательных. В качестве примера другого такого метода мы приведём метод...
Статистические расчеты содержания влаги
Практические задачи: 1. Десять человек различного возраста имеют следующие параметры: Возраст, лет 18 20 21 22 22 24 25 26 31 39 Рост, см 174 183 182 180 178 179 185 185 184 182 Вес, кг 65 73 69 74 77 75 78 84 79 79 1...
Лекция 4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ТЕНДЕНЦИЙ И УРАВНЕНИЙ ТРЕНДАВ главе 2 было рассмотрено понятие о тенденции временного ряда, т.е. тенденции динамики развития изучаемого показате-ля. Задача данной главы состоит в том, чтобы рассмотреть ос-новные типы таких тенденций, их свойства, отражаемые с большей или меньшей степенью полноты уравнением линии тренда. Укажем при этом, что в отличие от простых систем ме-ханики тенденции изменения показателей сложных социальных, экономических, биологических и технических систем только с некоторым приближением отражаются тем или иным уравне-нием, линией тренда.
В данной главе рассматриваются далеко не все известные в математике линии и их уравнения, а лишь набор их сравнитель-но простых форм, который мы считаем достаточным для ото-бражения и анализа большинства встречающихся на практике тенденций временных рядов. При этом желательно всегда вы-бирать из нескольких типов линий, достаточно близко выра-жающих тенденцию, более простую линию. Этот «принцип простоты» обоснован тем, что чем сложнее уравнение линии тренда, чем большее число параметров оно содержит, тем при равной степени приближения труднее дать надежную оценку этих параметров по ограниченному числу уровней ряда и тем больше ошибка оценки этих параметров, ошибки прогнозиру-емых уровней.
4.1. Прямолинейный тренд и его свойства
Самым простым типом линии тренда является прямая ли-ния, описываемая линейным (т.е. первой степени) уравнением тренда:
Где 
-
выровненные, т.е. лишенные колебаний, уровни тренда для лет с номером i;
а - свободный член уравнения, численно равный среднему выровненному уровню для момента или периода времени, принятого за начало отсчета, т.е. для
t = 0;
b - средняя величина изменения уровней ряда за единицу из-менения времени;
ti - номера моментов или периодов времени, к которым от-носятся уровни временного ряда (год, квартал, месяц, дата).
Среднее изменение уровней ряда за единицу времени - глав-ный параметр и константа прямолинейного тренда. Следова-тельно, этот тип тренда подходит для отображения тенденции примерно равномерных изменений уровней: равных в среднем абсолютных приростов или абсолютных сокращений уровней за равные промежутки времени. Практика показывает, что та-кой характер динамики встречается достаточно часто. Причи-на близких к равномерному абсолютных изменений уровней ряда состоит в следующем: многие явления, как, например, урожай-ность сельскохозяйственных культур, численность населения региона, города, сумма дохода населения, среднее потребление какого-либо продовольственного товара и др., зависят от боль-шого числа различных факторов. Одни из них влияют в сторо-ну ускоренного роста изучаемого явления, другие - в сторону замедленного роста, третьи - в направлении сокращения уров-ней и т.д. Влияние разнонаправленных и разноускоренных (за-медленных) сил факторов взаимно усредняется, частично взаимно погашается, а равнодействующая их влияний приобре-тает характер, близкий к равномерной тенденции. Итак, равно-мерная тенденция динамики (или застоя) - это результат сложения влияния большого количества факторов на изменение изучаемого показателя.
Графическое изображение прямолинейного тренда - прямая линия в системе прямоугольных координат с линейным (ариф-метическим) масштабом на обеих осях. Пример линейного тренда дан на рис. 4.1.
Абсолютные изменения уровней в разные годы не были точно одинаковыми, но общая тенденция сокращения численности занятых в народном хозяйстве очень хорошо отражает-ся прямолинейным трендом. Его параметры вычислены в гл. 5 (табл. 5.3).
Основные свойства тренда в форме прямой линии таковы:
Равные изменения за равные промежутки времени;
Если средний абсолютный прирост - положительная вели-чина, то относительные приросты или темпы прироста посте-пенно уменьшаются;
Если среднее абсолютное изменение - отрицательная вели-чина, то относительные изменения или темпы сокращения по-степенно увеличиваются по абсолютной величине снижения к предыдущему уровню;
Если тенденция к сокращению уровней, а изучаемая вели-чина является по определению положительной, то среднее изме-нение b не может быть больше среднего уровня а;
При линейном тренде ускорение, т.е. разность абсолютных изменений за последовательные периоды, равно нулю.
Свойства линейного тренда иллюстрирует табл. 4.1. Урав-нение тренда: = 100 +20 *ti.
Показатели динамики при наличии тенденции сокращения уровней приведены в табл. 4.2.
Таблица 4.1
Показатели динамики при линейном тренде к увеличению уровней = 100 +20 *ti.
| Номер периода ti | Уровень | | Темпы (цеп-ные), % | Ускоре-ние |
| 1 | 120 | +20 | 120,0 | - |
| 2 | 140 | +20 | 116,7 | 0 |
| 3 | 160 | +20 | 114,3 | 0 |
| 4 | 180 | +20 | 112,5 | 0 |
| 5 | 200 | +20 | 111,1 | 0 |
| 6 | 220 | +20 | 110,0 | 0 |
Таблица 4.2
Показатели динамики при линейном тренде сокращения уровней: = 200 -20 *ti.
| Номер периода ti | Уровень | Абсолютное изме-нение к предыду-щему периоду | Темп к предыдущему периоду, % | Ускоре-ние |
| 1 | 180 | -20 | 90,0 | - |
| 2 | 160 | -20 | 88,9 | 0 |
| 3 | 140 | -20 | 87,5 | 0 |
| 4 | 120 | -20 | 85,7 | 0 |
| 5 | 100 | -20 | 83,3 | 0 |
| 6 | 80 | -20 | 80,0 | 0 |
^ 4.2. Параболический тренд и его свойства
Под названием параболического будем иметь в виду тренд, выраженный параболой II порядка с уравнением
=a+b*t+c*t 2 .
Параболы III порядка и более высоких порядков редко приме-нимы для выражения тенденции динамики и слишком сложны для получения надежных оценок параметров при ограничен-ной длине временного ряда. Прямую линию, с точки зрения ма-тематики, можно также считать одним из видов парабол - параболой I порядка, которая уже рассмотрена ранее.
Значения (смысл, сущность) параметров параболы II поряд-ка таковы: свободный член а - это средний (выровненный) уро-вень тренда на момент или период, принятый за начало отсчета времени, т.е. t = 0; b - это средний за весь период среднегодовой прирост, который уже не является константой, а изменяется рав-номерно со средним ускорением, равным 2 с, которое и служит константой, главным параметром параболы II порядка.
Следовательно, тренд в форме параболы II порядка при-меняется для отображения таких тенденций динамики, кото-рым свойственно примерно постоянное ускорение абсолютных изменений уровней. Процессы такого рода встречаются на практике гораздо реже, чем процессы с равномерным измене-нием, но, с другой стороны, любое отклонение процесса от строго равномерного прироста (или сокращения) уровней можно интерпретировать как наличие ускорения. Более того, существует строгое математическое правило: чем выше поря-док параболы, тем ближе линия тренда к уровням исходного временного ряда. Если это правило довести до крайнего пре-дела, то любой ряд из п уровней может быть точно отображен параболой (п -1)-го порядка! (Через любые две точки прохо-дит одна прямая, через три точки - одна парабола II порядка и т.д.) Такое «приближение» линии тренда к эмпирическому ряду, содержащему как тенденцию, так и колебания, нельзя считать достижением научного анализа. Напротив, применяя параболу более высокого порядка там, где сущность процес-са этого не требует, а только ради уменьшения остаточной суммы отклонений (или их квадратов) отдельных уровней от тренда, исследователь уходит от цели, смешивая тренд с коле-баниями.
ПараболаII порядка, как уравнение тренда, применяется к различным процессам, которые на некотором, как правило не-продолжительном, этапе развития имеют примерно постоян-ное ускорение абсолютного прироста уровней. Такими бывают рост населения отдельных городов или регионов, ускоренное увеличение объема продукции в фазе циклического подъема, как, например, динамика экспорта Японии в 1988-1995 гг. на рис. 4.2.
Рис. 4.2. Динамика экспорта Японии
Расчет уравнения этой параболы приведен в гл. 5. Основные свойства тренда в форме параболы II порядка та-ковы:
1) неравные, но равномерно возрастающие или равномерно убывающие абсолютные изменения за равные промежутки вре-мени;
2) парабола, рассматриваемая относительно ее математи-ческой формы, имеет две ветви: восходящую с увеличением уровней признака и нисходящую с их уменьшением. Но отно-сительно статистики по содержанию изучаемого процесса из-менений трендом, выражающим определенную тенденцию развития, чаще всего можно считать только одну из ветвей:
Либо восходящую, либо нисходящую. В особых, более конк-ретных, ситуациях мы не отрицаем возможности объединения обеих ветвей в единый тренд;
3) так как свободный член уравнения а как значение показа-теля в начальный момент (период) отсчета времени, как правило, величина положительная, то характер тренда определяется знаками параметров b и с:
А) при b >0 и с>0 имеем восходящую ветвь, т.е. тенденцию к ускоренному росту уровней;
Б) при b <0 и с<0 имеем нисходящую ветвь - тенденцию к ускоренному сокращению уровней;
В) при b > 0 и с<0 имеем либо восходящую ветвь с замедляю-щимся ростом уровней, либо обе ветви параболы, восходящую и нисходящую, если их по существу можно считать единым про-цессом;
Г) при b <0 и с>0 имеем либо нисходящую ветвь с замедляю-щимся сокращением уровней, либо обе ветви - нисходящую и восходящую, если их можно считать единой тенденцией;
4) при параболической форме тренда, в зависимости от со-отношений между его параметрами, цепные темпы изменений могут либо уменьшаться, либо некоторое время возрастать, но при достаточно длительном периоде рано или поздно темпы роста обязательно начинают уменьшаться, а темпы сокращения уровней при b <0 и с<0 обязательно начинают возрастать (по абсолютной величине относительного изменения).
Ввиду ограниченного объема учебника рассмотрим не все четыре случая параболических трендов, а лишь два первых (табл. 4.3 и 4.4).
Таблица 4.3
Показатели динамики при параболическом тренде,
| Номер периода ti | Уровень  | Абсолютное изменение | | Ускоре-ние |
| 1 | 122 | +22 | 122,0 | - |
| 2 | 148 | +26 | 121,3 | +4 |
| 3 | 178 | +30 | 120,3 | +4 |
| 4 | 212 | +34 | 119,1 | +4 |
| 5 | 250 | +38 | 117,9 | +4 |
| 6 | 292 | +42 | 116,8 | +4 |
^ Таблица 4.4
Показатели динамики при параболическомтренде,
| Номер перио-да | Уро-вень | Абсо-лютные измене-ния | Цепные темпы, % к предыдущему периоду | Уско-рение | Цепное относи-тельное измене-ние, % к преды-дущему периоду |
| 1 | 178 | -22 | 89,0 | - | -11,0 |
| 2 | 152 | -26 | 85,4 | -4 | -14,6 |
| 3 | 122 | -30 | 80,3 | -4 | -19,7 |
| 4 | 88 | -34 | 72,1 | -4 | -27,9 |
| 5 | 50 | -38 | 56,8 | -4 | -43,2 |
| 6 | 8 | -42 | 16,0 | -4 | -84,0 |
В тех случаях, когда по существу изучаемого процесса до-пустимо считать единым трендом обе ветви параболы, пред-ставляет большой интерес решение задачи о нахождении того периода или момента времени, когда уровень тренда достигает максимума (когда b >0, с<0) или минимума (если b <0, с>0). Эк-стремальная точка параболы
= а
+ bt
+ ct
2
достигается при ну-левом значении первой производной:
^ 4.3. Экспоненциальный тренд и его свойства
Экспоненциальным трендом
называют тренд, выраженный уравнением: .
Свобод-ный член экспоненты а
равен выровненному уровню, т.е. уров-ню тренда в момент или период, принятый за начало отсчета времени, т.е. при t
=
0.
Основной параметр экспоненциального тренда k
является постоянным темпом изменения уровней (цен-ным). Если k
>
1,
имеем тренд с возрастающими уровнями, при-чем это возрастание не просто ускоренное, а с возрастающим ускорением и возрастающими производными всех более высо-ких порядков. Если k
<
1, то имеем тренд, выражающий тенден-цию постоянного, но замедляющегося сокращения уровней, причем замедление непрерывно усиливается. Экстремума экс-понента не имеет и при 
стремится либо к 
при k
>
1, либо к 0 при k
<
1.
Экспоненциальный тренд характерен для процессов, разви-вающихся в среде, не создающей никаких ограничений для рос-та уровня. Из этого следует, что на практике он может развиваться только на ограниченном промежутке времени, так как любая среда рано или поздно создает ограничения, любые ресурсы со временем исчерпаемы. Однако практика показала что, например, численность населения Земли на протяжении 1950-1985 гг. возрастала примерно по экспоненте со среднего-довым темпом роста k = 1,018 и за это время возросла вдвое - с 2,5 до 5 млрд. чел. (рис. 4.3). В настоящее время темп роста насе-ления постепенно уменьшается.
Экспоненциальный рост объема реализации и производства происходит при возникновении новых видов продукции и их освоении промышленностью: при появлении цветных телеви-зоров, видеомагнитофонов, пейджеров и т.п., но когда произ-водство начинает наполнять рынок, приближаться к спросу, экспоненциальный рост прекращается.
Рис. 4.3. Рост народонаселения Земли
Расчет экспоненциального тренда дан в гл. 5. Основные свойства экспоненциального тренда:
1. Абсолютные изменения уровней тренда пропорциональ-ны самим уровням.
2. Экспонента экстремумов не имеет: при k > 1 тренд стремит-ся к +, при k < 1 тренд стремится к нулю.
3. Уровни тренда представляют собой геометрическую про-грессию: уровень периода с номером t = т есть a * k m .
4. При k > 1 тренд отражает ускоряющийся неравномерно рост уровней, при k < 1 тренд отражает замедляющееся неравномерно уменьшение уровней. Поведение основных показателей дина-мики в этих случаях рассмотрено в табл. 4.5 и 4.6.
В табл. 4.5 и 4.6 в последней графе приведены редко приме-няемые показатели динамики III порядка: ускорение (или при-рост) ускорения и замедление ускорения. Эти абсолютные показатели даны для наглядного пояснения главного отличия экспоненциального тренда от парабол любого порядка: экспо-нента не имеет постоянных производных любого порядка по времени. Постоянен только цепной темп изменения.
| Номер периода  | Уровень | Абсолютные изменения (цепные) | Цепные темпы, % к предыдущему периоду | Ускорение | Прирост ускорения к предыдущему периоду |
| 1 | 120,00 | +20,00 | 120 | - | - |
| 2 | 144,00 | +24,00 | 120 | +4,00 | - |
| 3 | 172,80 | +28,80 | 120 | +4,80 | +0,80 |
| 4 | 207,36 | +34,56 | 120 | +4,76 | +0,96 |
| 5 | 248,83 | +41,47 | 120 | +6,81 | +1,15 |
| 6 | 298,60 | +49,77 | 120 | +8,30 | +1,39 |
| Номер периода | Уровень | Абсолютные изменения (цепные) | Цепные темпы, % к предыдущему периоду | Ускорение | Замедление ускорения |
| 1 | 160,00 | 40,00 | 80 | - | - |
| 2 | 128,0 | -32,00 | 80 | +8,00 | - |
| 3 | 102,40 | -25,60 | 80 | +6,40 | -1,60 |
| 4 | 81,92 | -20,48 | 80 | +5,12 | -1,28 |
| 5 | 65,54 | -16,38 | 80 | +4,10 | -1,02 |
| 6 | 52,43 | -13,11 | 80 | +3,27 | -0,83 |
Читатель может заинтересоваться и таким вопросом: как на-звать тенденцию динамики, при которой и темп изменения был бы непостоянен, а имел постоянное абсолютное или относи-тельное изменение, например, уравнение типа 
или 
и т.д. Подобные «гиперэкспоненты» не применяют-ся статистикой, ибо любой, сколь угодно быстрый, сколь угодно ускоряющийся рост может быть отображен обычной экспонентой - стоит лишь уменьшить период, за который происходит возрастание (или сокращение) уровней в k
раз. По своему суще-ству экспоненциальное развитие процесса и есть предельно воз-можное, предельно благоприятное по условиям развития, так как оно осуществляется в среде, не ограничивающей развитие данного процесса. Но следует помнить, что это происходит толь-ко до определенного времени, так как каждая среда, каждый ре-сурс в природе ограничен. Единственный спорный в науке процесс, по которому до сих пор нет доказательства ограничен-ности его во времени, - это экспоненциальное замедляющееся расширение Вселенной. Ограничено ли оно и сменится ли со временем сжатием или будет продолжаться бесконечно, зави-сит от значения средней плотности вещества и излучения во Вселенной, которую пока науке установить не удалось, ибо не все формы существования вещества и полей науке извест-ны. Зато интересно знать, что самый фундаментальный про-цесс, охватывающий всю известную Вселенную, уже, по крайней мере, 12-15 млрд. лет развивается по экспоненте.
^ 4.4. Гиперболический тренд и его свойства
Из различных форм гипербол рассмотрим только наиболее простую: 
Если основной параметр гиперболы b
>0,
то этот тренд вы-ражает тенденцию замедляющегося снижения уровней и при 
..
Таким образом, свободный член гиперболы - это предел, к которому стремится уровень тренда.
Такая тенденция наблюдается, например (рис. 4.4), при изу-чении процесса снижения затрат любого ресурса (труда, мате-риалов, энергии) на единицу данного вида продукции или ее себестоимости в целом. Затраты ресурса не могут стремиться к нулю, значит, экспонента не соответствует сущности процесса; нужно применить гиперболическую формулу тренда.
Если параметр b <0, то с возрастанием t , т.е. с течением вре-мени, уровни тренда возрастают и стремятся к величине а при .
Такой характер динамики присущ, например, показателям КПД двигателей или иных преобразователей энергии (трансфор-матор тока, фотоэлемент и т.п.). По мере развития научно-тех-нического прогресса эти КПД постепенно повышаются, но никогда не могут превысить определенного предела для каждо-го типа двигателя и не могут превысить 100% в принципе для любого преобразователя энергии. При расчете гиперболического тренда нельзя нумеровать года от середины ряда, так как значения 1/ti должны быть всегда положительными.
Основные свойства гиперболического тренда:
1. Абсолютный прирост или сокращение уровней, ускоре-ние абсолютных изменений, темп изменения - все эти показате-ли не являются постоянными. При b >0 уровни замедленно уменьшаются, отрицательные абсолютные изменения, а также положительные ускорения тоже уменьшаются, цепные темпы из-менения растут и стремятся к 100%.
Рис. 4.4. Динамика расхода условного топлива на производство электроэнергии (г на 1 кВт-ч) на электростанциях региона
2. При b <0 уровни замедленно возрастают, положительные абсолютные изменения, а также отрицательные ускорения и цеп-ные темпы роста замедленно уменьшаются, стремясь к 100%.
Как видим, гиперболический тренд описывает в любом слу-чае тенденцию такого процесса, показатели которого со време-нем затухают, т.е. происходит переход от движения к застою. Иллюстрацией этих свойств может служить табл. 4.7.
Таблица 4.7
Показатели динамики при гиперболическом тренде: 
| Номер периода | Уровень | Абсолютные изменения (цепные) | Цепные темпы, % к предыдущему периоду | Ускорение |
| 1 | 200,0 | - | - | - |
| 2 | 150,0 | -50,0 | 75,0 | - |
| 3 | 133,0 | -16,7 | 88,9 | +33,3 |
| 4 | 125,0 | -8,3 | 93,8 | +8,4 |
| 5 | 120,0 | -5,0 | 96,0 | +3,3 |
| 6 | 116,7 | -3,3 | 97,2 | +1,7 |
^ 4.5. Логарифмический тренд и его свойства
Если изучаемый процесс приводит к замедлению роста ка-кого-то показателя, но при этом рост не прекращается, не стремится к какому-либо ограниченному пределу, то гипербо-лическая форма тренда уже не подходит. Тем более не подходит парабола с отрицательным ускорением, по которой замедляю-щийся рост перейдет со временем в снижение уровней. В указан-ном случае тенденция изменения лучше всего отображается логарифмической формой тренда: = a + b ln .
Логарифмы возрастают значительно медленнее, чем сами числа (номера периодов ), но рост логарифмов неограничен. Подбирая начало отсчета периодов (моментов) времени, мож-но найти такую скорость снижения абсолютных изменений, ко-торая наилучшим образом отвечает фактическому временному ряду.
Примером тенденций, соответствующих логарифмическому тренду, может служить динамика рекордных достижений в спорте: известно, что увеличение на 1 см рекорда прыжка в вы-соту или снижение на 0,1 с времени бега на 200 или 400 м требует все больших и больших затрат времени, каждый рекорд дается все большим и большим трудом. В то же время нет и «вечных» рекордов, все спортивные достижения улучшаются, но медлен-нее и медленнее, т.е. по логарифмическому тренду. Нередко та-кой же характер динамики присущ на отдельных этапах развития динамике урожайности или валового сбора какой-то культуры в данном регионе, пока новое агротехническое достижение не при-даст снова тенденции ускорения, что иллюстрирует рис. 4.5.
Конечно, характер тенденции маскируется колебаниями, но видно, что рост валового сбора замедляется. Это показывают и средние уровни сбора чая:
За 1978-1983 гг. средний сбор равен 333 тыс. т;
За 1984-1989 гг. средний сбор равен 483 тыс. т, рост на 150 тыс.т;
За 1990-1994 гг. средний сбор равен 566 тыс. т, рост на 83 тыс.т.
На рис. 4.5 для убедительности нанесен и логарифмический тренд, расчет
Рис. 4.5. Динамика валового сбора чая в Китае
Которого дан в гл. 5. Заметны также 5-6-летние циклические колебания валового сбора чая.
Основные свойства логарифмического тренда:
1. Если b >0, то уровни возрастают, но с замедлением, а если b <0, то уровни тренда уменьшаются, тоже с замедлением.
2. Абсолютные изменения уровней по модулю всегда умень-шаются со временем.
3. Ускорения абсолютных изменений имеют знак, противо-положный самим абсолютным изменениям, а по модулю посте-пенно уменьшаются.
4. Темпы изменения (цепные) постепенно приближаются к 100% при .
Можно сделать общий вывод о том, что логарифмический тренд отражает, так же как и гиперболический тренд, посте-пенно затухающий процесс изменений. Различие состоит в том, что затухание по гиперболе происходит быстро при приближе-нии к конечному пределу, а при логарифмическом тренде зату-хающий процесс продолжается без ограничения гораздо медленнее.
^ 4.6. Логистический тренд и его свойства
Логистическая форма тренда подходит для описания такого процесса, при котором изучаемый показатель проходит полный цикл развития, начиная, как правило, от нулевого уровня, сна-чала медленно, но с ускорением возрастая, затем ускорение ста-новится нулевым в середине цикла, т.е. рост происходит по линейному тренду, затем, в завершающей части цикла, рост за-медляется по гиперболе по мере приближения к предельному значению показателя.
Примером такого цикла динамики может служить измене-ние доли грамотного населения в стране, например в России, с 1800 г. до наших дней, или изменение доли семей, имеющих те-левизоры, примерно с 1945 до 2000 г. в России, доли жилищ в городах, имеющих горячее водоснабжение или центральное ото-пление (процесс, еще не законченный). В некоторых зарубеж-ных программах для компьютеров логистическая кривая называется S-образной кривой.
Можно, конечно, логистическую тенденцию считать объе-динением трех разных по типу тенденций: параболической с ускоряющимся ростом на первом этапе, линейной - на втором и гиперболической с замедляющимся ростом - на третьем этапе. Но есть доводы и в пользу рассмотрения всего цикла развития как особого единого типа тенденции со сложными, переменными свойствами, но постоянным направлением из-менений в сторону увеличения уровней в рассмотренных нами примерах или уменьшения уровней, если взять противополож-ный процесс - сокращение доли неграмотных среди населе-ния, доли жилищ, не оборудованных газоснабжением или центральным отоплением, и т.д.
Рассмотрение таких временных рядов, как проявление еди-ной логистической тенденции, позволяет уже на первом этапе рассчитать всю траекторию развития, определить сроки пере-хода от ускоренного роста к замедленному, что чрезвычайно важно при планировании производства или реализации нового вида товара, спрос на который будет проходить все этапы логи-стической тенденции вплоть до насыщения рынка. Так, напри-мер, обеспеченность населения в России автомобилями в конце 1980-х годов находилась на начальном этапе логистической кри-вой, и это означало, что предстоит еще ряд лет или даже десяти-летий ускоренного роста спроса. В то же время обеспеченность фотоаппаратами уже достигла этапа замедления роста, и это означало, что расширять производство или импорт прежних типов фотоаппаратов не следует. Расширение их рынка возмож-но было только для принципиально новых типов фотоаппара-тов, насыщенность которыми еще находится в самом начале первого этапа.
В вышеописанном диапазоне изменения уровней, т.е. от нуля до единицы, уравнение логистического тренда имеет вид:
должно быть примерно равно -10. Чем больше 
, тем быст-рее будут снижаться уровни, например, при = -10; = 1, уже при = 20 уровни снизятся почти до нуля.
Если же диапазон изменения уровней ограничен не нулем и единицей, а любыми значениями, определяемыми исходя из су-щества задачи, обозначаемыми 
то формула логис-тического тренда принимает вид:
Как видно из табл. 4.8, абсолютные изменения нарастают до середины периода, затем уменьшаются. Все они положитель-ны. Ускорения сначала возрастают, а после середины периода снижаются, становятся отрицательными, но уменьшаются по мо-дулю. Сумма положительных и отрицательных ускорений при-ближенно равна нулю (если ряд продлить от - до +, то сумма их точно равна нулю). Темпы роста возрастают до конца пер-вой половины ряда, затем снижаются. Если ряд достаточно длин-ный, то темпы начинаются со 100 % и завершаются на 100%.
Таблица 4.8
Показатели динамики при логистическом тренде:
| Номер периода | Уровень | Абсолютные изме-нения к предыдуще-му периоду | Ускоре-ние | Темп роста к предыдущему периоду, % |
| 0 | 51,0 | - | - | - |
| 1 | 54,4 | +3,4 | - | 106,7 |
| 2 | 67,9 | +13,5 | +10,1 | 124,8 |
| 3 | 106,6 | +38,7 | +25,2 | 157,0 |
| 4 | 159,7 | +53,1 | +14,4 | 149,8 |
| 5 | 188,6 | +28,8 | -24,2 | 118,1 |
| 6 | 197,3 | +8,7 | -20,2 | 104,6 |
| 7 | 199,4 | +2,1 | -6,6 | 101,1 |
При логистическом тренде со снижающимися уровнями по-казатели динамики изменяются в следующем порядке: отрица-тельные абсолютные изменения по модулю возрастают до середины ряда и снижаются к концу, стремясь к нулю при . Ускорения в первой половине периода отрицательные и по мо-дулю возрастающие; во второй половине периода ускорения положительные и уменьшающиеся в пределе до нуля. Темпы изменений все меньше 100%, в конце первой половины периода наименьшие, во второй половине возрастающие с замедлением до 100% в пределе. Графическое изображение логистического тренда приведено на рис. 5.2.
