Методические указания и решение типовой задачи

Лабораторная работа №8

ТЕМА 8: СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

Методические указания и решение типовой задачи

Совокупность наблюдений величины у в течение некоторого промежутка времени называют данными временного ряда или просто временным рядом. Наблюдения должны регистрироваться через одинаковые промежутки времени. В общем случае временные ряды не представляют собой случайную выборку и требуют специальных методов для их исследования. Временные ряды количества отдыхающих в Пансионат «Кипарисный» являются уникальными. Корректно составленный временной ряд прогнозов поможет исключить некоторую неопределенность, связанную с будущим, и поможет руководству в поиске альтернативных стратегий развития.

В нашем случае внимание будет фокусироваться на модельном подходе к анализу временных рядов, который опирается, прежде всего, на имеющиеся данные, весьма важной является субъективная оценка самой попытки прогнозирования. Всякий раз, когда прошлое изучается для получения ключа к будущему, это будет уместно только в той мере, в которой прежняя причинная обусловленность будет сохраняться в последующие периоды. В экономической среде причинная обусловленность редко остается постоянной. Множество существующих причинных факторов склонно к непрерывным изменениям, поэтому взаимосвязь между прошлым, настоящим и будущим нуждается в постоянной переоценке.

Техника временных рядов предлагает концептуальный метод прогнозирования, который доказал свою несомненную полезность. Прогнозы делаются с соблюдением ряда специфических формальных процедур.

Для прогнозирования количества отдыхающих в Пансионат «Кипарисный» будем использовать декомпозицию временного ряда с тремя компонентами: трендом (компонента представляющая рост или спад), сезонностью  (изменения, имеющие годовую цикличность, повторяющиеся из года в год) и нерегулярностью  (непредсказуемые, случайные флуктуации). Модель может быть представлена аддитивной () или мультипликативной зависимостью (). Модель аддитивных компонент используется в тех случаях, когда анализируемый временной ряд имеет приблизительно одинаковые значения на протяжении всей длительности ряда. Модель мультипликативных компонент используется в тех ситуациях, когда изменение временной последовательности увеличивается с ростом уровня. В нашем случае более адекватной моделью будет мультипликативная.

1. Оценка первой компоненты временного ряда – тренда

Тренд представляет собой долговременные изменения во временных рядах, которые иногда можно описать с помощью прямой лини или гладкой кривой.

Если представить тренд в виде прямой линии, то она будет описана уравнением (8.1)

                                                                                                                                               (8.1)

где T – это расчетное значение временного ряда в момент времени t.

Символ t используется для независимой переменной, представляющей время и обычно принимающей целочисленные значения 1, 2, 3, … n, соответствующие последовательным периодам времени. Коэффициент наклона m является средним ростом или спадом Т для любого возрастания во времени за один период.

Пример линейного тренда представлен на рис. 8.1.

Рис.8.1. Линейный тренд [Ханк, с. 199]

Временное уравнение для тренда, включающее линейный тренд, может быть применено к данным на основе метода наименьших квадратов. В этом методе значения коэффициентов в уравнении для тренда (b и m в линейном случае) отбираются так, чтобы оцененное значение T было наиболее близко к реальному значению Y, которое измеряется с помощью сумм квадратов ошибок SSост (8.2):

                                                                                                                            (8.2)

Если представить тренд в виде гладкой кривой, то она может быть описана уравнением квадратичного тренда, показательного тренда, S – образных кривых роста: трендовой кривой Гомперца, логистической (Перла-Рида) трендовой кривой. Рассмотрим их подробнее.

Квадратичный тренд описывается уравнением (8.3)

                                                                                                                               (8.3)

Пример квадратичного тренда представлен на рис. 8.2.

Рис.8.2. Квадратичный тренд [Ханк, с. 200]

Показательный тренд описывается уравнением (8.4)

                                                                                                                                                    (8.4)

Пример показательного тренда представлен на рис. 8.3.

Рис.8.3. Показательный тренд [Ханк, с. 200]

Коэффициент m зависит от степени роста. Если показательный тренд сглаживает годовые данные, то предполагаемое увеличение роста будет 100(m -1)%.

Линейный тренд обычно переоценивает реальное возрастание в ранние годы и недооценивает поздние. Поэтому линейный тренд обычно моделирует реальное поведение хуже, чем квадратичный или показательный. Экстраполяция данных показательным трендом очень скоро даст большие числа. Что будет, если экономический рост замедлится? Прогнозы тренда, полученного с помощью показательной кривой, окажутся слишком завышенными.

Кривая роста Гомперца или кривая логистического типа (Перла-Рида) описывают общую тенденцию для многих отраслей промышленности и серий новых продуктов. Они отражают снижение темпов роста при вступлении в фазу зрелости. Кривые Гомперца и Перла-Рида внешне похожи, разница в наклоне. Однако формулы данных кривых достаточно сложны.

Многие функции тренда при экстраполяции на длительные промежутки времени могут давать существенные расхождения в результатах. Чтобы правильно выбрать функцию тренда можно использовать субъективную оценку и личный опыт или объективные критерии.

Информационный критерий Акаике (AIC) позволяет выбрать наилучшую модель из группы моделей-претендентов [Ханк, с. 490]. Согласно этому критерию, выбирается модель, которая минимизирует выражение (8.5)

                                                                                                                            (8.5)

где

ln – натуральный логарифм;

 – остаточная сумма квадратов, деленная на количество наблюдений;

n – количество наблюдений;

r – общее количество слагаемых.

Согласно Байесовскому информационному критерию, разработанному Шварцем (BIC), отбирается та модель, которая минимизирует выражение (8.6) [Ханк, с. 490]

                                                                                                                                       (8.6)

где

ln – натуральный логарифм;

 – остаточная сумма квадратов, деленная на количество наблюдений;

n – количество наблюдений;

r – общее количество слагаемых.

Второе слагаемое в формулах (8.5) и (8.6) – это «штрафной фактор», учитывающий включение в модель дополнительных параметров. Критерий BIC накладывает большие ограничения на количество параметров в сравнении с критерием AIC. Поэтому минимизация критерия BIC при выборе модели всегда даст количество параметров, не превышающее количество параметров, устанавливаемое согласно критерию AIC. Часто оба критерия дают один и тот же результат.

Таким образом, для нашего исследования подходит метод прогнозирования тренда на основе временного ряда. Для его построения будут использоваться фактическое количество отдыхающих в Пансионат «Кипарисный» на ежемесячной основе за несколько последних лет (2001-2010гг.).

Для прогнозирования количества отдыхающих будем использовать данные, представленные в таблице 8.1.

Таблица 8.1.

Динамика отдыхающих в Пансионат «Кипарисный» за 2001-2010гг.

Год

Месяц

Граждане СНГ. человек

Удельный вес, %

Граждане Украины, человек

Удельный вес, %

Общее количество человек

2001

 

2977

34,54

5642

65,46

8619

 

Январь

42

20,49

163

79,51

205

 

Февраль

34

27,42

90

72,58

124

 

Март

108

21,56

393

78,44

501

 

Апрель

156

30,95

348

69,05

504

 

Май

256

32,82

524

67,18

780

 

Июнь

489

38,78

772

61,22

1261

 

Июль

560

33,37

1118

66,63

1678

 

Август

756

39,69

1149

60,31

1905

 

Сентябрь

412

35,83

738

64,17

1150

 

Октябрь

63

26,92

171

73,08

234

 

Ноябрь

49

40,50

72

59,50

121

 

Декабрь

52

33,33

104

66,67

156

2002

 

4817

45,07

5871

54,93

10688

 

Январь

75

45,73

89

54,27

164

 

Февраль

102

44,16

129

55,84

231

 

Март

252

44,84

310

55,16

562

 

Апрель

405

47,87

441

52,13

846

 

Май

489

47,66

537

52,34

1026

 

Июнь

702

45,12

854

54,88

1556

 

Июль

952

43,73

1225

56,27

2177

 

Август

1018

42,90

1355

57,10

2373

 

Сентябрь

609

48,72

641

51,28

1250

 

Октябрь

112

42,75

150

57,25

262

 

Ноябрь

49

45,37

59

54,63

108

 

Декабрь

52

39,10

81

60,90

133

2003

 

4937

47,68

5417

52,32

10354

 

Январь

72

47,37

80

52,63

152

 

Февраль

74

55,22

60

44,78

134

 

Март

241

49,90

242

50,10

483

 

Апрель

458

47,71

502

52,29

960

 

Май

515

48,82

540

51,18

1055

 

Июнь

681

46,36

788

53,64

1469

 

Июль

991

49,28

1020

50,72

2011

 

Август

960

43,82

1231

56,18

2191

 

Сентябрь

661

51,44

624

48,56

1285

 

Октябрь

146

41,48

206

58,52

352

 

Ноябрь

61

47,66

67

52,34

128

 

Декабрь

77

57,46

57

42,54

134

2004

 

6907

50,59

6745

49,41

13652

 

Январь

115

54,25

97

45,75

212

 

Февраль

83

53,21

73

46,79

156

 

Март

311

50,00

311

50,00

622

 

Апрель

352

42,72

472

57,28

824

 

Май

701

48,75

737

51,25

1438

 

Июнь

1002

54,37

841

45,63

1843

 

Июль

1341

54,51

1119

45,49

2460

 

Август

1401

48,28

1501

51,72

2902

 

Сентябрь

1202

48,80

1261

51,20

2463

 

Октябрь

184

51,54

173

48,46

357

 

Ноябрь

97

54,49

81

45,51

178

 

Декабрь

118

59,90

79

40,10

197

2005

 

8275

55,77

6562

44,23

14837

 

Январь

124

54,63

103

45,37

227

 

Февраль

105

53,03

93

46,97

198

 

Март

334

53,18

294

46,82

628

 

Апрель

389

53,66

336

46,34

725

 

Май

902

57,23

674

42,77

1576

 

Июнь

1096

53,44

955

46,56

2051

 

Июль

1588

58,47

1128

41,53

2716

 

Август

1882

52,53

1701

47,47

3583

 

Сентябрь

1292

59,87

866

40,13

2158

 

Октябрь

251

55,04

205

44,96

456

 

Ноябрь

148

61,41

93

38,59

241

 

Декабрь

164

58,99

114

41,01

278

2006

 

9873

58,34

7049

41,66

16922

 

Январь

156

44,07

198

55,93

354

 

Февраль

219

63,48

126

36,52

345

 

Март

413

53,36

361

46,64

774

 

Апрель

508

54,62

422

45,38

930

 

Май

906

58,00

656

42,00

1562

 

Июнь

1656

61,42

1040

38,58

2696

 

Июль

1671

55,29

1351

44,71

3022

 

Август

1994

61,49

1249

38,51

3243

 

Сентябрь

1445

57,92

1050

42,08

2495

 

Октябрь

356

63,91

201

36,09

557

 

Ноябрь

250

55,43

201

44,57

451

 

Декабрь

299

60,65

194

39,35

493

2007

 

12593

62,11

7683

37,89

20276

 

Январь

225

54,48

188

45,52

413

 

Февраль

218

56,62

167

43,38

385

 

Март

678

68,97

305

31,03

983

 

Апрель

802

69,14

358

30,86

1160

 

Май

1050

54,69

870

45,31

1920

 

Июнь

2067

69,62

902

30,38

2969

 

Июль

2346

58,80

1644

41,20

3990

 

Август

2589

63,13

1512

36,87

4101

 

Сентябрь

1851

65,11

992

34,89

2843

 

Октябрь

268

47,18

300

52,82

568

 

Ноябрь

247

54,65

205

45,35

452

 

Декабрь

252

51,22

240

48,78

492

2008

 

13780

63,39

7960

36,61

21740

 

Январь

267

52,15

245

47,85

512

 

Февраль

239

49,08

248

50,92

487

 

Март

551

55,94

434

44,06

985

 

Апрель

790

71,69

312

28,31

1102

 

Май

1634

68,14

764

31,86

2398

 

Июнь

2455

69,25

1090

30,75

3545

 

Июль

2367

61,91

1456

38,09

3823

 

Август

2806

62,96

1651

37,04

4457

 

Сентябрь

1377

60,93

883

39,07

2260

 

Октябрь

512

59,95

342

40,05

854

 

Ноябрь

354

62,43

213

37,57

567

 

Декабрь

428

57,07

322

42,93

750

2009

 

19517

67,73

9298

32,27

28815

 

Январь

367

58,81

257

41,19

624

 

Февраль

443

52,00

409

48,00

852

 

Март

820

68,85

371

31,15

1191

 

Апрель

1355

61,93

833

38,07

2188

 

Май

2102

63,39

1214

36,61

3316

 

Июнь

2871

66,03

1477

33,97

4348

 

Июль

3887

78,08

1091

21,92

4978

 

Август

3902

70,77

1612

29,23

5514

 

Сентябрь

2180

66,46

1100

33,54

3280

 

Октябрь

760

72,24

292

27,76

1052

 

Ноябрь

352

53,82

302

46,18

654

 

Декабрь

478

58,44

340

41,56

818

2010

 

24373

70,03

10431

29,97

34804

 

Январь

710

78,45

195

21,55

905

 

Февраль

725

79,06

192

20,94

917

 

Март

1241

66,54

624

33,46

1865

 

Апрель

2008

69,82

868

30,18

2876

 

Май

2944

76,67

896

23,33

3840

 

Июнь

3603

69,88

1553

30,12

5156

 

Июль

4301

75,83

1371

24,17

5672

 

Август

3972

64,63

2174

35,37

6146

 

Сентябрь

2904

59,89

1945

40,11

4849

 

Октябрь

901

89,83

102

10,17

1003

 

Ноябрь

556

58,28

398

41,72

954

 

Декабрь

508

81,80

113

18,20

621

Поскольку показательный тренд при экстраполяции может существенно завышать значения, то воспользуемся линейным и квадратичным трендом (функция ЛИНЕЙН в Excel). Результаты расчетов представлены в таблице 8.2.

Таблица 8.2.

Дополнительная статистика по линейному и квадратичному тренду 

Показатели

Линейный тренд

Квадратичный тренд

Переменные

m

b

m2

m1

b

Значения переменных

18,74541

371,7944

0,161935

-0,848711

770,208186

Стандартное значение ошибки для постоянной b

3,367969

234,79763

0,108148

13,508019

354,054428

Стандартная ошибка оценки y

1278,0101

1271,3368

F- статистика

30,97802

16,77306

Степени свободы

118

117

Регрессионная сумма квадратов

50596700

54220496

Остаточная сумма квадратов

192730564

189106768

AIC

19,11

19,11

BIC

19,16

19,18

 

Из таблицы 3.2. видно, что значение критериев Акаике (AIC) и Байеса (BIC) ниже для линейного тренда, следовательно, дальнейшие расчеты при прогнозировании количества отдыхающих будем проводить по формуле линейного тренда.


Рис. 8.4. Фактические данные и оценка линейного тренда количества отдыхающих в Пансионат «Кипарисный» за 2001-2010гг

 

.


На рис. 8.4. наблюдается рост во временном ряде в долговременной перспективе.

2. Оценка второй компоненты временного ряда – сезонности

При использовании модули мультипликативной декомпозиции существует популярный метод оценки сезонных вариаций, называемый отнесение к скользящему среднему. В этом методе тренд оценивается с использованием центрированного скользящего среднего в несколько этапов:

1) Начиная с первого члена ряда рассчитывается 12-месячная скользящая средняя, которая помещается рядом с июнем.

2) Рассчитывается двухгодичная скользящая сумма, которая помещается рядом с июлем.

3) Поскольку двухгодичная скользящая сумма уже содержит данные о 24 месяцах, то она делится на 24 для получения 12-месячного центрированного скользящего среднего.

4) Сезонный индекс получается в результате деления реального значения для июля на 12-месячное центрированное скользящее среднее.

Результаты расчетов сезонных индексов по этапам 1-4 представлены в таблице 8.3.

Таблица 8.3.

Данные о 12 месячном центрированном скользящем среднем для количества отдыхающих в Пансионат «Кипарисный» за 2001-2010гг.

Месяц

Фактические данные

Прогнозные данные на основе линейного тренда

12 месячная скользящая сумма

Двухгодичная скользящая сумма

12 месячное центрированное скользящее среднее

янв.01

205

391

 

 

 

фев.01

124

409

 

 

 

мар.01

501

428

 

 

 

апр.01

504

447

 

 

 

май.01

780

466

 

 

 

июн.01

1261

484

8619

 

 

июл.01

1678

503

8578

17197,00

716,54

авг.01

1905

522

8685

17263,00

719,29

сен.01

1150

541

8746

17431,00

726,29

окт.01

234

559

9088

17834,00

743,08

ноя.01

121

578

9334

18422,00

767,58

дек.01

156

597

9629

18963,00

790,13

янв.02

164

615

10128

19757,00

823,21

фев.02

231

634

10596

20724,00

863,50

мар.02

562

653

10696

21292,00

887,17

апр.02

846

672

10724

21420,00

892,50

май.02

1026

690

10711

21435,00

893,13

июн.02

1556

709

10688

21399,00

891,63

июл.02

2177

728

10676

21364,00

890,17

авг.02

2373

747

10579

21255,00

885,63

сен.02

1250

765

10500

21079,00

878,29

окт.02

262

784

10614

21114,00

879,75

ноя.02

108

803

10643

21257,00

885,71

дек.02

133

822

10556

21199,00

883,29

янв.03

152

840

10390

20946,00

872,75

фев.03

134

859

10208

20598,00

858,25

мар.03

483

878

10243

20451,00

852,13

апр.03

960

897

10333

20576,00

857,33

май.03

1055

915

10353

20686,00

861,92

июн.03

1469

934

10354

20707,00

862,79

июл.03

2011

953

10414

20768,00

865,33

авг.03

2191

972

10436

20850,00

868,75

сен.03

1285

990

10575

21011,00

875,46

окт.03

352

1009

10439

21014,00

875,58

ноя.03

128

1028

10822

21261,00

885,88

дек.03

134

1047

11196

22018,00

917,42

янв.04

212

1065

11645

22841,00

951,71

фев.04

156

1084

12356

24001,00

1000,04

мар.04

622

1103

13534

25890,00

1078,75

апр.04

824

1122

13539

27073,00

1128,04

май.04

1438

1140

13589

27128,00

1130,33

июн.04

1843

1159

13652

27241,00

1135,04

июл.04

2460

1178

13667

27319,00

1138,29

авг.04

2902

1197

13709

27376,00

1140,67

сен.04

2463

1215

13715

27424,00

1142,67

окт.04

357

1234

13616

27331,00

1138,79

ноя.04

178

1253

13754

27370,00

1140,42

дек.04

197

1272

13962

27716,00

1154,83

янв.05

227

1290

14218

28180,00

1174,17

фев.05

198

1309

14899

29117,00

1213,21

мар.05

628

1328

14594

29493,00

1228,88

апр.05

725

1347

14693

29287,00

1220,29

май.05

1576

1365

14756

29449,00

1227,04

июн.05

2051

1384

14837

29593,00

1233,04

июл.05

2716

1403

14964

29801,00

1241,71

авг.05

3583

1422

15111

30075,00

1253,13

сен.05

2158

1440

15257

30368,00

1265,33

окт.05

456

1459

15462

30719,00

1279,96

ноя.05

241

1478

15448

30910,00

1287,92

дек.05

278

1497

16093

31541,00

1314,21

янв.06

354

1515

16399

32492,00

1353,83

фев.06

345

1534

16059

32458,00

1352,42

мар.06

774

1553

16396

32455,00

1352,29

апр.06

930

1572

16497

32893,00

1370,54

май.06

1562

1590

16707

33204,00

1383,50

июн.06

2696

1609

16922

33629,00

1401,21

июл.06

3022

1628

16981

33903,00

1412,63

авг.06

3243

1646

17021

34002,00

1416,75

сен.06

2495

1665

17230

34251,00

1427,13

окт.06

557

1684

17460

34690,00

1445,42

ноя.06

451

1703

17818

35278,00

1469,92

дек.06

493

1721

18091

35909,00

1496,21

янв.07

413

1740

19059

37150,00

1547,92

фев.07

385

1759

19917

38976,00

1624,00

мар.07

983<


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



double arrow