ARIMA 時間序列預測方法

自我迴歸整合移動平均線 (ARIMA) 預測方法是由 G. E. P.Box 和 G. M. Jenkins 於 1970 年所提出。這些技術 (通常稱為 Box-Jenkins 預測方法) 具有下列步驟:

  1. 模型識別與選擇

  2. 自我迴歸項 (AR)、整合或差分 (I),以及移動平均項 (MA) 參數的預估

  3. 模型檢查

ARIMA 是一種單變量處理程序。資料序列的目前值與同一系列的過去值建立關聯以產生 AR 元件,又稱為 p。隨機誤差項的目前值與過去值建立關聯以產生 MA 元件 q。目前資料與過去資料的平均數和變異數假設是固定的,不隨時間變化。如果有需要,會增加 I 元件 (以 d 表示) 以透過差分修正不足的定態。

在非季節性 ARIMA (pdq) 模型中,p 表示 AR 項的數值或階數,d 表示差異的數值或階數,q 表示 MA 項的數值或階數。pdq 參數是等於或大於 0 的整數。

週期性或季節性的資料值由季節性 ARIMA 模型的格式表示:

SARIMA(pdq)(PDQ)(t)

括號中的第二組參數是季節性的值。季節性 ARIMA 模型會考量到循環中的期間數。對於年份,期間數 (t) 為 12。

註:

在預測規劃圖表、表格和報表中,季節性 ARIMA 模型不包含 (t) 元件,雖然計算中有使用該元件。

預測規劃 ARIMA 模式不會透過非季節性或季節性差分,配適常數資料集或可轉換至常數資料集的資料集。正因為此特性,所有常數序列,或具有絕對規律性的序列,例如以直線或鋸齒狀呈現的資料,不會傳回 ARIMA 模型配適。

預估 ARIMA 模型係數

對於指定的 ARIMA 模型,「預測規劃」會使用無條件最小平方法來預估模型係數。相較於使用矩陣代數,「預測規劃」反而會使用較簡單的迭代法 (Box, G. E. P.、Jenkins, G.M. 和 Reinsel, G. C. 的 Time Series Analysis: Forecasting and Control 第四版。Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. 2008.)。