Сглаживание временных рядов с помощью скользящей средней

Важной задачей, возникающей при анализе рядок динамики, является определение основной тенденции в развитии исследуемо­го явления. В некоторых случаях общая тенденция ясно прослежи­вается в динамике показателя, в других ситуациях она может не про­сматриваться из-за ощутимых случайных колебаний. Например, отдельные моменты времени сильные колебания в курсах акции мо­гут заслонить наличие тенденции к росту или снижению этого по­казателя.

На практике для обнаружения общей тенденции часто используют простой прием укрупнения интервалов.

Например, ряд недельных данных можно преобразовать в ряд месячной динамики, ряд квартальных данных заменить годовыми уровнями. Уровни ново­го ряда могут быть получены суммированием уровней исходного ряда либо могут представлять средние значения. Распространенным приемом при выявлении тенденции развития является сглаживание временного ряда. Суть различных приемов сглаживания сводится к замене фактических уровней временного ряда расчетными уровня­ми, которые в меньшей степени подвержены колебаниям. Это спо­собствует более четкому проявлению тенденции развития.

Скользящие средниепозволяют сгладить как случайные, так и периодические колебания, выявить имеющуюся тенденцию в раз­витии процесса. Они являются важным инструментом при фильт­рации компонент временного ряда.

Алгоритм сглаживания по простой скользящей средней может быть представлен в виде следующей последовательности шагов.

1.

 

 

При этом удобно брать длину интервала сглаживания g в виде нечетного числа: g = 2р + 1, ибо в этом случае полученные значения скользящей средней приходятся на средний член интервала. Наблю­дения, которые берутся для расчета среднего значения, называются активным участком сглаживания.

 

Простая скользящая средняя учитывает все уровни ряда, входя­щие в активный участок сглаживания. Это вызвано тем, что при простой скользящей средней выравнивание на каждом активном участке производится по пря­мой (по полиному первого порядка). При сглаживании же по взве­шенной скользящей средней используются полиномы чаще всего 2-го или 3-го порядков. Поэтому метод простой скользящей сред­ней может рассматриваться как частный случай метода взвешен­ной скользящей средней.

 

Весовые коэффициенты определяются методом наименьших квадратов. При этом нет необходимости каждый раз заново вычис­лять весовые коэффициенты при уровнях ряда, входящих в актив­ный участок сглаживания, поскольку они будут одинаковыми для каждого активного участка.

 

В таблице 20 представлены весовые коэффициенты в зависимос­ти от длины интервала сглаживания (при сглаживании по полино­му 2-го или 3-го порядка).

 

Так как веса симметричны относительно центрального уровня, то в таблице использована символическая запись: приведены весы для половины уровней активного участка; выделен (полужирным шрифтом) вес, относящийся к уровню, стоящему в центре участка сглаживания. Для оставшихся уровней веса не приводятся, так как они могут быть симметрично отражены.

 

Отметим важные свойства весовых коэффициентов: 1) они сим­метричны относительно центрального уровня; 2) сумма весов с уче­том общего множителя, вынесенного за скобки, равна единице; 3) на­личие как положительных, так и отрицательных весов, позволяет сгла­женной кривой сохранять различные изгибы кривой тренда.

 

 

Таблица 20 – Весовые коэффициенты для взвешенной скользящей средней

 

Интервал сглаживания Весовые коэффициенты

 

 

ЗАДАЧА 22: По данным таблицы 21 о пассажирообороте за 16 лет (цифры условные) рассчитайте: а) трёх, семилетние скользящие средние и графически сравните результаты; б) пятилетнюю взвешенную скользящую среднюю.

 

Таблица 21 – Расчёт скользящих средних

 

t yt Скользящие средние Взвешенная скользящая средняя g = 5
g = 3 g = 7
10,5      
15,8      
8,6      
15,9      
15,6      
17,4      
16,2      
21,5      
18,6      
8,6      
16,2      
17,4      
18,6      
16,9      
18,7      
20,7      

 

а) При трёхлетней скользящей средней:

 

 

При семилетней скользящей средней:

 

 

Анализ графиков:

 

б) Вычисление пятилетней взвешенной скользящей средней:

 

Внеаудиторная самостоятельная работа: решить задачу 23.

 

ЗАДАЧА 23: По данным таблицы 22 о грузообороте железной дороги за 13 лет (цифры условные) рассчитайте: а) пятилетнюю скользящую среднюю; б) семилетнюю взвешенную скользящую среднюю.

Таблица 22 – Расчёт скользящих средних

t yt, тыс.т км Скользящая средняя g = 5 Взвешенная скользящая средняя g = 7
9,6    
11,3    
8,6    
9,1    
8,0    
9,8    
11,5    
12,6    
9,7    
13,2    
14,8    
15,6    
16,1    

 

Анализ: