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2.1 动态因子模型的定义

动态因子模型不同于因子分析只是分析截面数据,是从大量时间序列中提取最重要的不可观测的因子。DFMs假定几个不可观测(潜在)动态因子f t ,它决定了时间序列变量X t 对应的高维矩阵的联动性(co-movements),同时还有零均值的异质性扰动e t ,它反映测量误差和具体序列的个体性质。形式如下:

其中,X t =(X 1 ,t ,X 2 ,t ,…,X N ,t )是N维时间序列向量,t = 1,2,…,T。这里假定变量是平稳的、零均值和单位方差;f t =(f 1 ,t ,f 2 ,t ,…,f q,t )是q维的不可观测的动态因子向量,通常q远小于N。L为滞后算子,滞后多项式矩阵λ(L)=[λ 1 (L),λ 2 (L),…,λ N (L)]和Ψ(L)=[Ψ 1 (L),Ψ 2 (L),…,Ψ q (L)]分别是N × q和q × q的,其中第i个滞后多项式λ i (L)称为第i个序列X i ,t 的动态因子载荷,λ i (L)f t 称为第i个序列X i ,t 的共同成分。

经典的动态因子模型假定如下:

假定 1 异质性扰动e t 与因子的新息(innovation)η t 不相关,即

假定 2 异质性扰动之间不相关(包括序列不相关和截面不相关),即

动态因子模型的研究主要包括:因子个数和滞后阶数的确定、因子的估计和应用三个方面。

第一,碎石图。Cattell(1966)介绍了直观判断法:碎石图。它是观测数据对应的样本协方差矩阵的递减特征根图。实践中,通常表现为在真实因子个数之后的特征根迅速变小,残片部分表示异质性扰动的影响。基于碎石图的具体验证见Onatski(2009),其中也给出了关于大规模DFMs因子个数的各种假设检验。

第二,信息准则。Bai和Ng(2002,2007)提出的信息准则IC方法,利用几种信息准则将静态因子个数的识别问题转化为模型选择问题,适用于在变量个数N和时间维度T都很大的情况。Pan和Yao(2008)提出了白噪声空间扩展算法,此算法与其他方法最大的不同是对因子的定义,在其他因子模型中,因子的定义为至少对两个变量起作用的不可观测变量,这里只要求异质性扰动每一个元素至少对一个变量起作用。而Pan和Yao(2008)将异质性扰动定义为白噪声,其他非白噪声过程均为因子。这里主要介绍Bai和Ng(2002)所提出的信息准则IC方法,所用模型为:

其中X t =(X 1 ,t ,X 2 ,t ,…,X N ,t )′为观测值向量, 和r表示真实共同因子,因子载荷和真实因子的个数。

具体步骤如下:假定因子个数为已知的k = 1,…,kmax(kmax为可能的因子最大个数,一般可设定为 8)。

第一步,估计因子F k 及因子载荷矩阵Λ k

当T<N时,应用标准化F k′ F k /T=I k ,可得F k 的估计 乘以XX′的前k个最大特征值所对应的特征向量所组成的矩阵,

当T>N时,应用标准化Λ k ′Λ k /N=I k ,可得Λ k 的估计 乘以XX′的前k个最大特征值所对应的特征向量所组成的矩阵,

第二步,应用信息准则选择适当的作为因子个数r。

求出k个因子的残差平方和:

损失函数 可以用来决定k取何值,其中g(N,T)是对过度拟合的惩罚函数。

考虑如下 6 个信息准则:

其中 的一致估计,在实际应用中可用V(kmax, )代替,且

选择使以上信息准则最小的k作为因子个数r。

综上所述,Catell(1966)给出了直观判断法:碎石图,其缺少科学的准则。Bai和Ng(2002)提出的信息准则IC方法,利用几种信息准则将静态因子个数的识别问题化为模型选择问题,它适用于在变量个数N和时间维度T都比较大的情况。最近,Ahn和Horenstein(2013)给出了利用特征值比例法确定因子个数。相比而言,Jscobs等(2008)提出的最小熵方法确定因子的个数q和滞后阶数p,在变量比较少的动态因子模型应用中,此方法被认为是比较适合的。算法如下:

首先,将多元时间序列变量标准化,记为x t ;并令

作为总体自协方差阵Γ i 的一致估计。

其次,利用谱分解, ,得 。再利用奇异值分解

接着,检验

其中,{ρ i ,j j = 1,2,…,N 为总体自协方差阵Γ i 对应的奇异值分解所得的特征值。

采用Bartlett检验统计量

在H i ,0 为真时, ((N-k) 2 )。

因子个数和滞后阶数确定的原则。给定显著性水平α,如果存在第p +i(i > 0)个检验H p + i,0 被接受,而p第个检验H p ,0 被拒绝,则滞后阶数为p。进一步,如果第p个检验 的部分检验被接受,则因子个数为q。 L0y3SImDDDLwWr0tyCwsbOWXnMrjILXB58x+s8XKGXAek+5e2cOWh3dY/njbPH/a

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