Материал: Государственное прогнозирование социально-экономического развития

Шум, в основе возникновения которого лежит действие текущих факторов, может быть связан также с ошибками наблюдений.

Отдельный уровень временного ряда обозначается как yt. Его можно представить в виде функции от основных компонент временного ряда следующим образом:

yt=f(T,S,C,?),

где T - это трендовая компонента,

S - это сезонная компонента,

C - это циклическая компонента,

? - случайный шум.

Существует несколько основных моделей временных рядов, к которым относятся:

1) аддитивная модель временного ряда, в которой компоненты представляют собой слагаемые:

yt=Tt+St+Ct+?t;

2) мультипликативная модель временного ряда, в которой компоненты представляют собой сомножители:

yt=Tt*St*Ct*?t;

3) комбинированная модель временного ряда:

yt=Tt*St*Ct+?t.

Прогнозирование с помощью моделей кривых роста

Удобным средством описания одномерных временных рядов является их выравнивание с помощью тех или иных функций времени (кривых роста). Кривая роста позволяет получить выравненные или теоретические значения уровней динамического ряда. Это те уровни, которые наблюдались бы в случае полного совпадения динамики явления с кривой.

Процедура разработки прогноза с использованием кривых роста включает в себя следующие этапы:

• 1. Выбор одного или нескольких кривых, форма которых соответствует характеру изменения временных рядов.
• 2. Оценка параметров выбранных кривых.
• 3. Проверка адекватности выбранных кривых прогнозируемому процессу и окончательный выбор кривой роста.
• 4. Расчет точечного и интервального прогнозов.
• 5. Оценка прогноза.

Кривые роста могут быть разделены на 3 класса. К первому классу относятся функции, используемые для описания процессов с монотонным характером развития и отсутствием пределов роста. Ко 2 классу относятся кривые, описывающие процесс, который имеет предел роста в исследуемом периоде. Эти функции называются кривыми насыщения.

Если кривые насыщения имеют точку перегиба, то они относятся к 3 классу - к S-образным кривым. Эти кривые описывают как бы два последовательных процесса, когда прирост зависит уже от достигнутого уровня. Причем один развивается с ускорением, другой - с замедлением.

Среди кривых роста 1-го класса выделяют класс полиномов:

Yt=a0+a1t+a2t+…aptp

ao…p - параметры (коэффициенты) полинома.

t - время.

Параметры полиномов невысоких степеней могут иметь конкретную интерпретацию в зависимости от содержания временного ряда. Например, параметр а0 - это начальный уровень ряда при t=0. Параметр а1 можно трактовать как скорость роста, а2 как ускорение роста.

Полином первой степени - это прямая:

Yt=a0+a1t

Основные свойства тренда в форме прямой:

• 1) равные изменения за равные промежутки времени (цепные приросты = изменению);
• 2) если средний абсолютный прирост - положительная величина, то относительные приросты (темпы прироста) постепенно уменьшаются;
• 3) если средние абсолютные изменения - отрицательная величина, то относительные изменения постепенно увеличиваются по абсолютной величине снижения к предыдущему уровню;
• 4) если имеется тенденция к сокращению уровней, а изучаемая величина является по определению положительной, то среднее значение параметра а1 не может быть больше среднего уровня (т.е. «а0»);
• 5) при линейном тренде ускорение (т.е. разность абсолютных значений за последовательные периоды)=0

Полином 2-ой степени:

Yt=a0+a1t+a2t2

Парабола применяется в тех случаях, когда процесс развивается равноускоренно.

Параболический тренд обладает следующими свойствами:

• 1) неравные, но равномерно возрастающие или убывающие абсолютные изменения за равные промежутки времени;
• 2) поскольку а0 как правило величина положительная, то характер тренда определяется знаками параметров а1 и а2.

При а1>0 и а2>0 имеем восходящую ветвь, т.е. тенденцию с ускоренному росту уровней.

При а1<0 и а2<0 имеем нисходящую ветвь, т.е. тенденцию к ускоренному сокращению уровней.

При а1>0 и а2<0 имеем либо восходящую ветвь с замедляющимся ростом уровней, либо обе ветви параболы, если их по существу можно считать единым процессом.

При а1<0 и а2>0 имеем либо нисходящую ветвь с замедляющимся сокращением уровней, либо обе ветви, если их можно считать единым процессом.

3) В зависимости от соотношения между параметрами, цепные темпы изменений могут либо уменьшаться, либо некоторое время увеличиваться. Но при достаточно длительном периоде темпы роста начинают изменяться, а темпы сокращения уровней начинают возрастать.

Полином 3-й степени:

Yt=a0+a1t+a2t2+a3t3

У этого полинома знак прироста ординат может изменяться 1 или 2 раза.

Отличительная черта полиномов - отсутствие в явном виде зависимости приростов от значений ординат.

Нахождение параметров полиномов определяется методом наименьших квадратов. С учетом переноса начала координат в середину ряда параметры для уравнения прямой определяются по следующему алгоритму:

а0= а1=

Для параболы:

а0=-

а1=

а2=

К первому классу кривых роста относятся также экспоненциальные кривые. Для них характерным является зависимость приростов от величины самой функции..

Наиболее часто применяется простая экспоненциальная кривая, которая имеет вид yt=abt

Если b>1, то кривая растет вместе с ростом t.

Если b<1, то тренд отражает замедляющиеся неравномерно уменьшение уровней.

Для нахождения параметров экспоненты данное выражение логарифмируют.

Существует другая разновидность экспоненциальных кривых - логарифмическая парабола:

Yt= abtct

Ко второму классу кривых относят модифицированную экспоненту:

yt=к+abt

Она описывает процесс, на развитие которого воздействует ограничивающий фактор (асимптота).

При решении экономических задач значение асимптоты можно определить исходя из свойств прогнозируемого явления. Иногда значение асимптоты задается экспертным путем.

Наиболее часто применяемыми кривыми 3-го класса является кривая Гомперца:

yt=к+abt

Логистическая кривая:

к+abt

Основные типы кривых роста подробно описаны и иллюстрированы графически в монографии Е.М. Четырки- на (9):

• 1. Полиномы (многочлены).
• 2. Экспоненты.
• 3. Логистические кривы

Методы определения параметров отобранных кривых роста

Параметры полиномиальных кривых оцениваются, как правило, методом наименьших квадратов, суть которого заключается в том, чтобы сумма квадратов отклонений фактических уровней ряда от соответствующих выровненных по кривой роста значений была наименьшей. Этот метод приводит к системе так называемых нормальных уравнений для определения неизвестных параметров отобранных кривых. Для полинома первой степени система нормальных уравнений имеет вид: , ; где знак суммирования распространяется на все моменты наблюдения (все уровни) исходного временного ряда. Аналогичная система для полинома второй степени имеет вид (48) ; и т.д. Параметры экспоненциальных и S-образных кривых находятся более сложными методами. Для простой экспоненты предварительно логарифмируют выражение по некоторому основанию (например, десятичному или натуральному): т.е. для логарифма функции получают линейное выражение, а затем для неизвестных параметров log a и log b составляют на основе метода наименьших квадратов систему нормальных уравнений, аналогичную системе для полинома первой степени. Решая эту систему, находят логарифмы параметров, а затем и сами параметры модели. При определении параметров кривых роста, имеющих асимптоты (модифицированная экспонента, кривая Гомперца, логистическая кривая), различают два случая. Если значение асимптоты k известно заранее, то путем несложной модификации формулы и последующего логарифмирования определение параметров сводят к решению системы нормальных уравнений, неизвестными которой являются логарифмы параметров кривой. Если значение асимптоты заранее неизвестно, то для нахождения параметров указанных выше кривых роста используются приближенные методы: метод трех точек, метод трех сумм и др. Таким образом, при моделировании экономической динамики, заданной временным рядом, путем сглаживания исходного ряда, определения наличия тренда, отбора одной или нескольких кривых роста и определения их параметров в случае наличия тренда получают одну или несколько трендовых моделей для исходного временного ряда.

Наиболее простой метод - визуальный, опирающийся на графическое изображение временных рядов. Подбирают такую кривую роста, форма которой соответствует фактическому развитию процесса. Если тенденция на графике просматривается недостаточно четко, то проводят преобразование исходного ряда. В литературе описан также метод последовательных разностей (помогает в выборе кривых параболического типа).