基于时间序列的江苏省年客运量预测分析文献综述

 2022-05-19 22:20:09

近些年来,伴随着国民经济的飞速发展,我国物流业无论是基础设施建设还是人才培养都取得了快速的发展与提高。货客运量作为衡量国家区域经济的重要指标,对区域经济发展起着至关重要的作用,而江苏作为长三角地区的重要一环,它是国家“一带一路”、长江经济带、国家自贸区等重大战略的交汇地,对其货客运量影响因素的研究显得非常重要。

货客运量作为衡量物流业的重要指标,研究货客运量的需求以及对其合理预测将直接影响长三角地区经济发展走势,对于加快产业升级、制造业转型、内外贸一体化趋势起到至关重要的作用。

1.时间序列的发展

最早的时间序列分析可以追溯到 7000 年前的古埃及。古埃及人把尼罗河涨落的情况逐天记录下来,从而构成一个时间序列。对这个时间序列长期的观察使他们发现尼罗河的涨落非常有规律,由于掌握了涨落的规律,古埃及的农业迅速发展。这种从观测序列得到直观规律的方法即为描述性分析方法。在时间序列分析方法的发展历程中,经济、金融、工程等领域的应用始终起着重要的推动作用,时间序列分析的每一步发展都与应用密不可分。

一般地,人们认为现代时间序列分析起源于英国统计学家 G.u.Yule 在 1927 年提出的 AR(Auto Regressive,自回归)模型[1]。该模型与英国统计学家 G.T.Walker 在 1931 年提出了 MA(Moving Average,移动平均)模型[2]和 ARMA 模型,构成了时间序列分析的基础,至今仍被大量应用。这三个模型主要应用于单变量、同方差场合的平稳序列。

其后,Box 和 Jenkins 在 1927 年出版的 Time Series Analysis: Forecasting and Control 被认为是时间序列分析发展的里程碑。该书为实际工作者提供了对时间序列进行分析、预测以及对 ARIMA 模型识别、估计和诊断的系统方法。ARIMA 模型也被称为 Box-Jenkins 模型,主要应用于单变量、同方差场合的线性模型。该模型可以处理非平稳序列,主要思想是先对非平稳序列进行差分,使之变为平稳序列,然后再用 ARMA 模型来拟合差分后的序列[3]

对于异方差情形,Engle(1982)首先提出 ARCH(Auto-regressive conditional heteroskedasticity,自回归条件异方差)模型。ARCH 模型的基本思想是假设同一时刻噪声服从均值为零,方差是一个随时间变化的量(即为条件异方差)的正态分析,且这个随时间变化的方差是过去有限项序列值平方的线性组合(即为自回归)。作为一种全新的理论,ARCH 模型在近几十年里得到了极大的发展,已被广泛地用于验证金融理论中的规律性描述以及金融市场的预测和决策。该模型也也被认为是近来金融计量学发展中最重大的创新[4]。然而,ARCH 模型只适用于异方差函数短期自相关过程,为此 Bollerslev(1986)对 ARCH 推广至广义自回归条件异方差(GARCH)模型,GARCH 模型更能反映实际数据中的长期记忆性质。ARCH 的另外几种推广形式有 Engle 等人(1987)提出的 ARCH-M 模型和 Nelson(1991)提出的指数广义自回归田间异方差(EGARCH)模型等[5]

在我国,时间序列分析在70年代末到80年代中后期才得到了深入研究和广泛应用。70年代, ARIMA模型成为时序分析的中心课题,预测领域的主要方法之一。通常把AR模型,MA模型和ARMA模型归入 Box-jenkins方法,称作ARIMA模型体系[6]。它是一个重要的预测工具,是时间序列分析中许多基本思想的基础。由于该方法在统计学上是完善的,有牢固的理论基础,完整的程序化的建模方法。但这种方法很复杂,对数据的性质也有一定的要求。另外还要求研究者具有较高的专业知识,对问题有深入的认识。对于该方法的预测精度,不同的运用环境有着不同的结论。

近年来,随着时间序列分析研究的不断深入,其应用领域已经涉及到社会生活的所有领域。经济领域中,程浩用ARIMA模型来研究武汉市第三产业总量,最终得到ARIMA(0,2,1)适用于对武汉市第三产业总量进行研究,合理预测武汉今后第三产业的生产总值的总量对武汉未来经济的发展具有重要的战略意义[7]。气象水文领域中,袁曾琼指出特性以及组成复杂是水文时间序列的主要特点。袁曾琼对水文时间序列分析方法未来发展方向进行了探讨,充分说明该领域发展中,应当在对单个分析法进行研究的基础上,综合应用多个分析法,提升整体功能[8]。 医学领域中,王灿王珍惜利用数学上的混沌原理,对医院患者的特征指标的时间序列进行分析挖掘,得出哪些指标将会预示着某类疾病发病的变化,而另一些生理特征指标则是随机出现的,从而为医生对疾病发病态势的预测提供科学依据[9]。机械振动领域中,刘政军张琨刘长军在7075超硬铝振动焊接过程参数测量数据的基础上,建立了焊接过程参数时间序列,并在此基础上研究建立了焊接过程系统相空间重构参数及确定性检验方法[10]

综上所述,国外最早开始了时间序列的研究,且研究主要集中与理论的发展提升、模型的继续开发。对发展时间序列的参数模型拟合和推断过程作出了贡献,提供了与此有关的重要的文献。国内对于时间序列的研究相比落后了近40年,在国外理论研究的基础上,国内侧重于对时间序列方法的预测精度,在不同的运用环境有着不同的结论。因此国内研究重点在时间序列杂应用领域,特别是与其它多学科相互交叉,形成新的研究模式。不过在货客运量应用领域方面有所欠缺,因此本文基于时间序列的年货客运量的研究有一定的意义。

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