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第四篇时空过程分析9-作业2007-12-23
研究生地理数学方法 第四篇 时空过程分析
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第四篇 时空过程分析
第四篇作业题
1 证明题:
1)给定一个MA(1)过程的数学模型
,
.
试证明其自协方差函数
.
【注意:不要采用课文的推导方法,需要另辟蹊径。】
【参考答案】给定一个MA(1)过程的数学模型
,
.
试证明其自协方差函数
.
注意:不要采用课文的推导方法,需要另辟蹊径。
证明:将上式展开便是
.
由于随机冲击不存在自相关,必有
, , .
并且当且仅当τ=1时才有
.
从而仅当τ=1时协方差为
.
这就证明了上述关系。
2)在协方差平稳的条件下,给定一个AR(1)过程
,
.
其协方差可以表作
.
试从这个式子出发,证明Yule-Walker递推关系
.
【注意:不要采用课文中的证明方法,要另辟蹊径。提示:需要借助AR过程的性质、MA过程的性质,必要时将AR过程转化为MA过程。】
【参考答案】在协方差平稳的条件下,给定一个AR(1)过程
,
.
其协方差可以表作
.
试从这个式子出发,证明Yule-Walker递推关系
.
注意:不要采用课文中的证明方法,要另辟蹊径(提示:需要借助AR过程的性质、MA过程的性质,必要时将AR过程转化为MA过程)。
证明:首先,通过不断递推和逐级回代,可以将AR(1)过程转化为无穷阶MA过程
.
容易证明如下关系
,
这意味着,并且上一期序列对下一期冲击没有影响,并且
,
这表明,现期随机冲击与现期观测值的协方差等于随机冲击的方差。更多地,我们有
,
…………
.
根据上述结果,不难导出Yule-Walker方程。考虑AR(1)模型的协方差表达
.
当τ=0时,可得
.
当τ=1时,由于残差序列不相关,可得
,
从而
.
当τ=2时,可得
,
从而
.
一般地,我们有
,
从而
.
3)一阶移动平均过程即MA(1)模型可以表作
,
式中xt表示可观测的现期数值,随机冲击εt为白噪声
.
由于MA(1)过程的平均值为0,故其协方差可以表作
.
式中E表示均值算子。试证明:
(1)协方差为:.
(2)自相关函数为:,
(3)一阶自相关函数具有对称性:
【答】将协方差表达式展开可得
.
对于白噪声序列,前后没有关系,故当τ0时,E(εtεt-τ)=0,E(εtεt+τ)=0。当τ=0时,得到方差表达
.
当τ=1时,我们有
.
当τ=-1时,我们有
.
当τ=2时,我们有
.
当τ=-2时,我们有
.
利用归纳法容易证明,当时,γ(τ)=0。于是得到
, ,
.
2 计算题
1) 我们在第三章“多元统计分析”中曾经要求大家以某省连续18年的工业产值、农业产值、固定资产投资为自变量,运输业产值为因变量,进行多元回归和逐步回归分析(原始数据见作业2)。现在,我们进行如下回归计算: = 1 \* GB2 ⑴ 分别以工业产值(x1)、农业产值(x2)、固定资产投资(x3)为自变量,以运输业产值(y)为因变量,进行一元线性回归。 = 2 \* GB2 ⑵ 以时间序号(t)为自变量,以固定资产投资额的倒数(1/y)为因变量,进行非线性回归。显然,结果为双曲线模型的一种。 = 3 \* GB2 ⑶ 以工业产值、农业产值、固定资产投资为自变量,以运输业产值为因变量,进行多元线性回归。全部回归的残差列于下表。
序号x1-yx2-yx3-yt-1/y3 x-y10.15570.3250-0.8926-0.0037-0.314620.44390.4566-1.0274-0.0198-0.217630.81980.53600.3403-0.04280.632640.39680.34170.2418-0.03080.34725-0.42800.6597-0.20130.0367-0.34816-0.06780.42280.10180.00550.00837-0.20570.50500.33380.03150.034480.15200.13510.74860.01450.44809-0.2820-0.45590.32440.01010.017710-0.4377-0.74620.08080.0081-0.178211-0.1610-1.0575-0.32530.0156-0.194412-0.0430-0.90620.25520.01820.136713-0.0950-0.8139-0.49040.0121-0.251114-0.4891-1.0146-0.0161
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