Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos clásicos de análisis de series temporales Objetivos: • Comprender e interpretar las fuentes de variación de una serie temporal. • Comprender y saber aplicar los métodos clásicos y el método STL para la descomposición de una serie temporal. • Comprender y saber aplicar los métodos de suavizado exponencial para saber describir y realizar predicciones de una serie temporal. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos clásicos de análisis de series temporales Representación gráfica: Componente ComponenteEstacional Estacional Cambio CambioCíclico Cíclico Tendencia Tendencia Tendencia-Ciclo Componente Componenteirregular irregular Métodos de descomposición Métodos clásicos Métodos de suavizado exponencial Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición Objetivo: Identificar y aislar, de la forma más precisa posible, cada una de las componentes de variación presentes en la serie. Xt = f(Tt , St , It ) XXt Dato en el instante t t Dato en el instante t Tendencia-Ciclo en el instante t TTt Componente t Componente Tendencia-Ciclo en el instante t Estacional en el instante t SSt Componente t Componente Estacional en el instante t Irregular en el instante t IIt Componente t Componente Irregular en el instante t log Modelo aditivo: Xt = Tt + St + It Modelo multiplicativo: Xt = Tt · St · It Modelo mixto: Xt = Tt + St · It Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición Ejercicio: Utiliza el software estadístico y lenguaje de programación R para simular series temporales donde las componentes de variación actúen de manera aditiva y/o multiplicativa. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición Descomposición clásica: SPSS Aditiva y multiplicativa Menú: Analizar Æ Series temporales Æ Descomposición estacional… Tutorial SPSS Descomposición clásica: R decompose() Aditiva y mixta Herramienta Principal: Media Móvil m X 1 k−1 k impar: yt = xt+i , m = k i=−m 2 ⎞ ⎛ k/2−1 X 1 ⎝ k par: yt = xt+i + xt+k/2 ⎠ xt−k/2 + 2 2k i=−k/2+1 Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición Descomposición clásica: SPSS Modelo aditivo: Xt=Tt+St+It • • • • • • Tt’ = 2xs MA(Xt) Rt=Xt-Tt’ St Xt-St=Tt+It Tt= 3x3 MA(Xt-St) It=Xt-St-Tt Moving averages Ratios Seasonal factors Seasonally adjusted series Smoothed trend-cicle Irregular component s = periodo de la componente estacional. P.e.: s=4, datos trimestrales; s=12, datos mensuales, etc. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición Descomposición clásica: SPSS Modelo multiplicativo: Xt=Tt● St● It • • • • • • Tt’ = 2xs MA Rt=Xt/Tt’ ● 100 St Xt/St=Tt● It Tt= 3x3 MA(Xt/St) It=Xt/(St● Tt) Moving averages Ratios (● 100) Seasonal factors Seasonally adjusted series Smoothed trend-cicle Irregular component s = periodo de la componente estacional. P.e.: s=4, datos trimestrales; s=12, datos mensuales, etc. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición Descomposición STL: R “A seasonal-trend decomposition procedure based on Loess'' Cleveland, R.B., Cleveland, W.S., McRae, J.E. & Terpenning, I. (1990). Stl: A seasonal-trend decomposition procedure based on loess (with discussion). Journal of Official Statistics, 6, 3-73. Herramienta Principal: Suavizado de Loess: Cleveland, W. & Devlin, S. (1988). Locally weighted regression: an aproach to regression analysis by local fitting. Journal of America Statistical Association, 74, 596-610. Cleveland, W., Devlin, S. & Grosse, E. (1988). Regression by local fitting: methods, properties and computational algorithms. Journal of Econometrics, 37, 87-114. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición Locally Weighted Regression Smoothing (Loess-Smooth) Se construye una función suavizada del siguiente modo: 1. Tomamos un punto, x0 . Encontramos los k valores más cercanos a x0 , que constituyen el conjunto N (x0 ). El número de valores cercanos, k, se especifica como una proporción del número total de puntos. Esta proporción se denomina span y por defecto toma el valor 2/3. 2. Calculamos la mayor distancia entre x0 y cualquier otro punto de N (x0 ): ∆(x0 ) = maxxi ∈N (x0 ) |x0 − xi |. 3. Asignamos³ pesos a´ cada punto de N (x0 ) utilizando la función de peso triple cubo: W |x0 −xi | ∆(x0 ) donde W (u) = (1 − u3 )3 si 0 ≤ u < 1; 0 en otro caso. 4. Calculamos el ajuste de mı́nimos cuadrados ponderados de y sobre N (x0 ). Se toma el valor ajustado ŷ0 = S(x0 ). 5. Repetimos el proceso para cada valor de la variable predictora. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición Funciones en R Suavizado de Loess: loess.smooth() Descomposición STL: stl() Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición Ejercicios: 1) Estima la tendencia de la serie almacenada en el archivo tendencia utilizando los métodos de suavizado de medias móviles y de Loess. 2) Estima con el método que creas más adecuado la tendencia de la serie precio medio del metro cuadrado de vivienda libre en España descrita en el ejemplo 1.3 del Manual. 3) En el archivo casas se encuentran almacenados los datos de las ventas mensuales (en miles) de casas unifamiliares de nueva construcción vendidas en EEUU desde enero de 1973 a noviembre de 1995. a) Representa la serie e identifica las componentes de variación presentes en la misma. b) Estima la tendencia y los índices estacionales haciendo uso de un método de descomposición clásico. c) Repite b) con el método de descomposición STL. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición 4) En el archivo pasajeros se encuentran datos mensuales correspondientes al número total de pasajeros (en miles) de las compañías de aerolíneas internacionales, desde enero de 1949 hasta diciembre de 1960. a) Representa la serie e identifica las componentes de variación presentes en la misma. b) Utiliza los métodos de descomposición clásicos y STL para estimar la tendencia y calcular los índices estacionales y valora qué metodología es la más adecuada. 5) En el archivo ordenadores se encuentran almacenados los datos correspondientes a las ventas mensuales de ordenadores durante un periodo de 5 años. a) Representa la serie e identifica las componentes de variación presentes en la misma. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de descomposición b) Utiliza los métodos de descomposición clásicos y STL para estimar la tendencia y calcular los índices estacionales. Valora qué metodología es la más adecuada. c) Comenta si los resultados obtenidos en b) están de acuerdo con la interpretación gráfica del apartado a). 6) Determina el método de descomposición más apropiado para estimar la componente de tendencia y los índices estacionales de la serie horas semanales trabajadas por ocupado en España descrita en el ejemplo 1.6 del Manual. 7) Utiliza el método de descomposición más adecuado para estimar las componentes de variación de la serie ingresos y pagos por turismo descrita en el ejemplo 1.8 del Manual. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de suavizado exponencial Objetivo: Eliminar las fluctuaciones aleatorias y tratar de aprovechar cualquier conducta evidente con la finalidad de predecir nuevos valores. ¿Cómo predicen? Los predicciones que proponen los métodos de suavizado exponencial son medias de valores pasados, aplicando un conjunto desigual de pesos a los datos. Su nombre se debe a que los pesos decaen, generalmente, de una forma exponencial desde el dato más reciente al más distante. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de suavizado exponencial Suavizado Suavizado exponencial exponencial simple: simple: Series Series sin sin tendencia tendencia yy sin sin componente componente estacional estacional x̂t+1 = αxt + (1 − α)x̂t x̂t+1 = αxt + α(1 − α)xt−1 + . . . + α(1 − α)t−1 x1 + (1 − α)t x̂1 α ∈ [0, 1] x̂1 Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de suavizado exponencial Suavizado Suavizado exponencial exponencial de de Holt: Holt: Series Series con con tendencia tendencia lineal lineal yy sin sin componente componente estacional estacional Nivel : Lt Tendencia : bt Predicción : x̂t+m = αxt + (1 − α)(Lt−1 + bt−1 ) = β(Lt − Lt−1 ) + (1 − β)bt−1 = Lt + bt m α, β ∈ [0, 1] L 1 , b1 Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de suavizado exponencial Suavizado Suavizado exponencial exponencial de de Holt-Winters: Holt-Winters: Series Series con con tendencia tendencia yy componente componente estacional estacional Modelo multiplicativo Nivel : Lt = Tendencia : bt = Componente Estacional: St = Predicción: x̂t+m = xt α + (1 − α)(Lt−1 + bt−1 ) St−s β(Lt − Lt−1 ) + (1 − β)bt−1 xt γ + (1 − γ)St−s Lt (Lt + bt m)St−s+m Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de suavizado exponencial Suavizado Suavizado exponencial exponencial de de Holt-Winters: Holt-Winters: Series Series con con tendencia tendencia yy componente componente estacional estacional Modelo aditivo Nivel : Lt Tendencia : bt Componente Estacional: St Predicción: x̂t+m = = = = α(xt − St−s ) + (1 − α)(Lt−1 + bt−1 ) β(Lt − Lt−1 ) + (1 − β)bt−1 γ(xt − Lt ) + (1 − γ)St−s (Lt + bt m) + St−s+m Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de suavizado exponencial Clasificación de Pegel (1969) Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de suavizado exponencial Suavizado Exponencial: SPSS Tutorial SPSS Menú: Analizar Æ Series temporales Æ Suavizado exponencial… Suavizado Exponencial: R HoltWinters() Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de suavizado exponencial Ejercicios: 1) En el archivo cantidad se encuentran almacenados los datos correspondientes a los totales diarios de inventarios de unidades de alimentación utilizados en impresoras (149 observaciones). a) Analiza las componentes de variación presentes en la serie, realizando un gráfico de secuencia. b) Estima modelos de suavizado exponencial simple y lineal de Holt para estos datos, utilizando como conjunto de inicio desde la observación 1 a la 100. c) Compara los errores cuadráticos medios sobre el conjunto de prueba de la observación 101 a la 149 correspondientes a los modelos estimados en b). d) A partir de c), determina qué método es más adecuado para hacer predicciones y pronostica 3 valores futuros de las serie. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de suavizado exponencial 2) Utiliza el software estadístico y lenguaje de programación R para generar a partir de la serie población mayores de 16 años en España, descrita en el ejemplo 1.2 del Manual, una serie temporal con una presencia más acusada de la componente irregular. Propón un método de predicción para la serie obtenida. 3) Determina qué método de suavizado exponencial es más adecuado para realizar predicciones para la serie almacenada en el archivo ventas correspondiente a las exportaciones trimestrales de una compañía francesa durante un periodo de 6 años, valorando los errores cuadráticos medios sobre el conjunto de prueba que contiene los datos correspondientes a los dos últimos años. Miguel González e Inés Mª del Puerto Series Temporales. Colección Manuales UEx (EEES). Práctica 1: Métodos de suavizado exponencial 4) Determina qué método de suavizado exponencial es más adecuado para realizar predicciones para cada uno de los siguientes conjuntos de datos: a) Variaciones mensuales del IPC nacional relativo a alimentos y bebidas no alcohólicas, descrita en el ejemplo 1.1 del Manual. b) Horas semanales trabajadas por ocupado en España, descrita en el ejemplo 1.6 del Manual. c) Ingresos y pagos por turismo en España, descrita en el ejemplo 1.8 del Manual. d) Número total mensual de pasajeros (en miles) de las compañías de aerolíneas internacionales, descrita en el problema 1.5 del Manual. 5) Establece una ecuación de predicción para la serie total de acciones en el mercado bursátil español, descrita en el ejemplo 1.7 del Manual. Miguel González e Inés Mª del Puerto