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2022-05-07
英文标题:
《Detrended fluctuation analysis as a regression framework: Estimating
  dependence at different scales》
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作者:
Ladislav Kristoufek
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最新提交年份:
2015
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英文摘要:
  We propose a framework combining detrended fluctuation analysis with standard regression methodology. The method is built on detrended variances and covariances and it is designed to estimate regression parameters at different scales and under potential non-stationarity and power-law correlations. The former feature allows for distinguishing between effects for a pair of variables from different temporal perspectives. The latter ones make the method a significant improvement over the standard least squares estimation. Theoretical claims are supported by Monte Carlo simulations. The method is then applied on selected examples from physics, finance, environmental science and epidemiology. For most of the studied cases, the relationship between variables of interest varies strongly across scales.
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中文摘要:
我们提出了一个结合去趋势波动分析和标准回归方法的框架。该方法建立在去趋势方差和协方差的基础上,设计用于在不同尺度、潜在的非平稳性和幂律相关性下估计回归参数。前者允许从不同的时间角度区分一对变量的影响。后者使该方法比标准最小二乘估计有了显著的改进。理论主张得到了蒙特卡罗模拟的支持。然后将该方法应用于从物理学、金融学、环境科学和流行病学中选出的例子。在大多数研究案例中,感兴趣的变量之间的关系在不同的尺度上有很大差异。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Statistical Finance        统计金融
分类描述:Statistical, econometric and econophysics analyses with applications to financial markets and economic data
统计、计量经济学和经济物理学分析及其在金融市场和经济数据中的应用
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一级分类:Physics        物理学
二级分类:Data Analysis, Statistics and Probability        数据分析、统计与概率
分类描述:Methods, software and hardware for physics data analysis: data processing and storage; measurement methodology; statistical and mathematical aspects such as parametrization and uncertainties.
物理数据分析的方法、软硬件:数据处理与存储;测量方法;统计和数学方面,如参数化和不确定性。
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2022-5-7 13:49:57
作为回归框架的去趋势预测分析:估计不同规模的依赖性Ladislav Kristoufekab我们提出了一个将去趋势预测分析与标准回归方法相结合的框架。该方法建立在去趋势方差和协方差的基础上,旨在估计不同尺度、潜在非平稳性和幂律相关性下的回归参数。前一个特征允许从不同的时间角度区分一对变量的影响。后者使该方法大大改进了标准最小二乘估计。理论主张得到了蒙特卡罗模拟的支持。然后将该方法应用于从物理学、金融学、环境科学和流行病学中选出的例子。在大多数研究案例中,感兴趣的变量之间的关系在不同的尺度上差异很大。PACS编号:05.10-a、 05:45-a、 05:45。TpKeywords:去趋势函数分析,回归,尺度,时间序列分析捷克共和国科学院信息理论与自动化研究所,CZ-182 08,电子邮件:kristouf@utia.cas.czbWarwick华威大学商学院,考文垂,西米德兰,CV4 7AL,联合王国。引言20世纪90年代初[1–3]引入了去趋势函数分析(DFA),作为分析基础数据分形特性的方法。该方法后来主要在长期相关性[4,5]和多重分形分析[6]中推广。最近,DFA已被推广用于长程互相关分析[7–10],以及非平稳序列之间相关性的检验[11,12]。
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2022-5-7 13:50:00
该方法已在生理学、心脏病学、DNA分析和神经学、气象学(水文)、经济学和金融学、工程学和环境学等多个学科中得到应用和利用[13–21]。在这里,我们提出了一个基于去趋势波动分析的框架,该框架允许在不同尺度上对可能的非平稳和长范围相关数据进行回归分析。该方法基于最小二乘法框架,很快就会被召回并翻译成方差和协方差的语言。去趋势函数分析及其对双向互相关分析(DCCA)的二元推广[7]被详细描述为连接数据基础回归的桥梁。DFA框架用于双变量设置,包括估计参数、估计标准误差和确定系数(R)的程序,这些都是特定量表的特征。蒙特卡罗模拟进一步支持了理论概念。然后,该框架被应用于不同学科的几个现象——温度和湿度之间的关系、股市beta、玉米和乙醇之间的弹性,以及流感爆发和谷歌流感趋势指标之间的传播。在四个病例中,有三个病例的估计值在不同尺度上存在很大的差异。因此,所提出的方法为DFA和相关方法的开发提供了进一步的步骤,尤其是从相关性到回归框架。二、方法学。
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2022-5-7 13:50:04
最小二乘回归框架当研究两个系列之间的依赖关系时,人们通常会考虑一个线性模型,其最简单的形式是Y=α+Xβ+uw,其中Y是一个依赖(响应)变量,X是一个独立(脉冲)变量,u是一个误差项,参数α和β代表X和Y之间的关系。因此,参数β的估计成为跨学科实证研究的一个关键点。与常用的相关系数(例如Pearson、Spearman和Kendall相关系数)相反,β没有标准化,因此它显示了变量X对变量Y的实际影响。标准回归分析使用(普通)最小二乘法估计相关参数βasbβLS=PTt=1(xt- \'x)(yt- y)PTt=1(xt- \'\'x)~dσXYcσX,(1)式中,\'X=TPTt=1xt和\'y=TPTt=1yt。使用残差求出估计量的方差,但=yt- xtbβLSasvarbβLS=PTt=1按钮-2PTt=1(xt- \'\'x)~T- 2cσucσX(2),说明了估计参数的准确性。方差可以进一步用于假设检验。为了描述模型的质量,确定系数Rde为1-PTt=1但PTt=1(yt- (y)~ 1.-cσucσY(3),范围在0到1之间。Rquantifie是由X解释的Y方差的一部分,因此Rsigni值越高,X在解释Y时的信息含量就越高。在Eqs的右侧。1-3,我们使用bσ符号将标准符号转换为估计的方差和协方差。显然,整个框架是基于X、Y和u的估计方差以及X和Y之间的协方差。我们使用去趋势波动分析方法使用sameidea,我们现在很快就会回忆起来。B.去趋势函数和互相关分析对于时间序列xt,我们构建了一个公式xt=Pti=1(xi)- 被分成长度(刻度)为s的非重叠方框。
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2022-5-7 13:50:08
在j和j+s之间的每个框中- 1,时间趋势dxk的线性(或实际上任何其他)fit,为j构造≤ K≤ j+s- 1.然后为每个长度为s的盒子定义波动函数fX(s,j)=Pj+s-1k=j(Xk)-dXk,j)s- 1.在所有长度为s的盒子上进一步平均波动fX(s,j),以获得fX(s)=PT-s+1j=1fX(s,j)T- s、 (4)对于二元级数Xt和yt,这个过程是并行的,我们得到fxy(s,j)=Pj+s-1k=j(Xk)-dXk,j)(Yk-戴克,j)s- 1再次在所有盒子上取平均值,用s标度得到fxy(s)=PT-s+1j=1fXY(s,j)T- s、 (5)尺度特征函数FX(s)和FXY(s)可分别视为与尺度相关的方差和协方差。因此,我们在DFA和DCCA程序中间停下来,因为我们的最终目标不是获得标度指数,而是仅获得去趋势方差和协方差。C.基于DFA的回归我们现在利用这种对应关系重新制定标准回归框架。对于给定的量表s asbβDF a(s)=FXY(s)FX(s)(6),可以使用等式中定义的函数来编写等式1中的估计器。4-5. 使用估算的DbβDF A(s),我们获得了标度残差asbut(s)=yt- xtbβDFA(s)- yt- 平均值为零的xtbβDF A(s)。这些都被进一步插入DFA程序中,因此可以通过公式2 asvar使用函数Fu来估计BβDFA(s)的方差bβdfa(s)=T- 2Fu(s)FX(s)。(7) 然后将等式3转换为DFA框架asR(s)=1-傅(s)财政年度(s)。(8) Eqs中的整个标准回归框架。因此,1-3被转换为一个规模依赖的框架,使用theDFA方法。
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2022-5-7 13:50:12
此外,DFA提供了一些理想的统计特性,如对非平稳性的抵抗力和趋势,这进一步增强了所提出的方法[5–7,12]。为了检验估计量的性能,我们在两个非平稳回归框架下研究了它的性质,其中yt=α+xtβ+ut。首先,我们展示了DFA估计器在XT和yt系列中不同程度的长程依赖下的性能。前一个系列模拟为ARFIMA过程,因此xt=P+∞i=1ai(d)xt-其中d是分数积分参数,ai(d)=Γ(i-d) Γ(-d) Γ(1+i)。误差项UTI被视为标准高斯噪声,因此序列Yth与序列xt的参数d相同。图1显示了长度1000系列的DFA估计器的平均值和均方根误差,参数d在0和1之间,astep为0.1。估计器在10到100之间的尺度上以10的步长取平均值,回归参数设置为α=β=1。每个设置运行1000次模拟。无论长程依赖程度如何,估计量都是无偏的。此外,均方根误差随着所需内存的增加而减小。其次,我们研究了长程相关误差项的估计。为此,我们为xtto dx=0.9系列设定memoryparameter,误差项作为ARFIMA过程生成,持续时间在0到1之间,步长为0.1。设置的其余部分保持不变。在图2中,我们再次报告了前一种情况下估计器的均值和均方根误差。DFA估计器在误差项中对于不同的记忆水平同样显著且无偏。
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