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1.5 趋势

许多数列看起来包含一个平滑的、潜在的成分,我们把这种成分称为趋势。这种成分没有准确的定义,经常是单调的,并且常常用例子进行描述。通常把这种趋势看作时间的线性函数,并且许多“趋势检验”都使用这个定义。不过,有些时候,也可以用指数函数或多项式函数。在数量有限的样本内定义趋势是特别困难的,其原因在于:对于样本中观察到的曲线将会在样本外无限延伸下去的这种假定,没有完全充足的理由令人信服。

目前研究考察的重点不在于确定性趋势,而主要集中于“随机趋势”,这种趋势是平滑的和低频的,过程的一部分由随机模型生成。简单的例子就是单位根过程

(1-L)y t t

(L是滞后算子,Lx t =x t-1 )还有就是分式单位根过程:

(1-L) d y t t

这两个过程分别产生了以tμ和t d μ表示的确定性趋势,其中,Eε t =μ,{ε t }~iid(μ,σ 2 )。随机趋势围绕确定性趋势上下波动。通过长期移动平均模型

034-01

可以产生各种各样的趋势。有关这方面的介绍,可参阅Granger(1998)的文献。需要注意的是,在这个例子中也可能存在异方差性。

Granger、Inoue和Morin(1997)对一个具有更广泛性的非线性随机趋势类进行了讨论。y t 是根据模型

y t+1 =y t +g(y t )+ε t+1

(1-8)

生成的。其中,g(y)>0,初始值y 0 已知,还有,Eε t =0, 035-01 。存在一个相匹配的确定性过程

a t+1 =a t +g(a t ), a 0 =y 0 , g(a 0 )≠0

(1-9)

可把式(1-9)所示的过程看作过程{y t }的“骨架”。假定{a t }由式(1-9)生成,g是平滑函数。可把变量a t 视为平滑可微的连续时间趋势a(t)的离散时间抽样,设 035-02 (t)=da(t)/dt,那么,式(1-9)可由 035-02 (t)=g(a(t))渐近得到。如果A(·)是a(t)的反函数,假定这个反函数存在,满足A(a(t))=t,则可得到

g(y)= 035-02 (A(y))

因此,为了生成一个特定的趋势,可以恰当地选择式(1-9)中的g(y)。例如

(1)a(t)=(lnt) λ ,λ>0;g(y)=ay α exp(-y(1-α)),α=1-1/λ;

(2)a(t)=ct λ ;g(y)=c 1-α λy α ,α=1-1/λ;

(3)a(t)=exp(e bt );g(y)=bylny。

Granger等(1997)也讨论了在t→∞时Pr{y t →∞}<1的条件下增长的条件,也就是说,在t无限大时,y t 某些渐近的轨迹将不会趋向正无穷的这种情形下的增长条件。这个概率在本质上将取决于均值趋势与标准差的均衡,并且具体的公式也是给定的。

Granger等(1997)讨论的模型主要关注于g(y)=cy α ,α<1和σ 2 (y)=υy β 。只有当β<1+α,或者β=1+α,v<2c时,增长才会发生。如果β>1+α,则有Pr{y t →∞}=0。这个模型的估计以及实际运用也需要加以考察。

为了去除趋势,或至少让趋势减弱,经常是通过线性滤波的方式实现的,这种方式在减少平滑成分的同时,在很大程度上不会对其他成分造成影响。这种去除趋势的线性滤波方法当中,最容易的是简单差分过滤器,也就是说,用y t -y t-1 ≡(1-L)y t 代替y t ,或者,也许是用(1-L) d y t 代替y t ,d是一个大于1的整数。例如,通过差分可完全消除线性趋势,但是这些滤波方法却不能消除指数趋势。

更一般地,如果y t 能通过滤波的形式变化为 035-03 ,其中,b j =b -j ,F y t 的谱密度(参阅第1.10节的论述)是y t 乘以|b(ω)| 2 ,其中

035-04

选择的权重b j 要使得当ω较小时|b(ω)| 2 接近于1,当ω较大或其他值时,|b(ω)| 2 接近0。无论是消除或者是减弱趋势,y t -F y t 总是有一个趋势。对系数b j 的选择没有唯一的方式。当然,这些结果只与有谱的过程相关,换言之,与平稳过程和差分平稳过程(除了零频率)有关。在宏观经济学中,经常用到滤波的概念是由Leser(1961)提出的,宏观经济学家经常把它称为Hodrick-Prescott或者HP滤波,详细内容参见Hodrick Prescott(1997)的论著。HP滤波的目的是估算y t 的持久趋势分量,记为R t (T),T是样本容量。为了获得R t (T),在R t (T)的二阶差分的约束条件下,最小化y t 围绕趋势的方差。因此,可通过解决下面这个方程的最优化问题获得R t (T):

036-01

其中,惩罚参数λ左右着趋势的平滑度,λ越大,R t 越接近线性。不能把HP滤波表示为一个简单的常参数线性滤波。Den Haan和Christiano(1996)观测了在样本规模为120个样本中通过抽样,描述权重是如何变化的。在已有许多文献中,对在特定的情况下采用HP滤波去除趋势,都提出了质疑和批判,同时,对通常采用线性滤波也进行了批判,其原因是这种方法可能引起周期性“循环”,或者是在趋势减弱之前,谱的峰值并不明显。研究数据的非对称性时采用的非线性模型,其经常出现的问题在于滤波的对称性,例如,比较在循环的峰值前后的周期,或突变之前和之后的周期。此外,序列末尾的对称性也是一个问题。尽管在应用中非常重要,但由于即使在线性情形下,也很难对趋势进行完美的定义,所以,这方面的研究仍处在不能令人满意的状态。 yLCUbb7VgWfYaMF2wF1Nml50LhCrDYiLLNuWyjzZ6HW0l8XxCI9D8wZWp1mb5zBK

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