Perron(1989)首先构造了一个纳入单一结构突变的检验法。他在零假设及备择假设中,加入一个外生性的结构突变,以虚拟变量来连接结构突变点的前后序列,不过这些结构突变点是由事前观测而得知的。
Perron(1989)的模型可区分为有结构突变的确定趋势模型(deterministic trend
model with breaks)和结构突变的随机趋势模型(stochastic trend model with breaks),并各自分为三种突变的情况来讨论。有结构突变的随机趋势模型是检验过程中的零假设,而有结构突变的确定趋势模型则是备择假设。我们采用Perron(1989)相同的符号,因此,有一个结构突变的单根检验,零假设为:
模型A: 2-1
模型B: 2-2
模型C: 2-3
代表发生结构突变的时点,如果 ,则 ,否则 ;若 ,则 ,否则 ;2-1式允许序列均值有一次性的结构突变,2-2式表示序列增长率有一次性的外生变动,2-3则是包含二者。 是一ARMA(p,q)的随机过程。同样地,确定趋势的备择假设为:
模型A: 2-4
模型B: 2-5
模型C: 2-6
其中,如果 则 ,否则 ;若 则 ,否则为 ;
Perron(1989)发现,当数据是象上述备择假设,沿着发生一次结构突变的确定时间函数波动,如果我们未考虑此结构突变,而经自用序列 对截距项、时间趋势项与滞后一期的应变量作回归如下:
2-7
并以蒙特卡洛法对式2-7进行多次的重复试验,结果显示当冲击越来越大时, 的回归系数 的累积分布函数越来越向1集中。这显示数据实际上含有结构突变的确定性趋势序列,却被我们误认为有单根的模型,产生了所谓的虚假单根(spurious unit root)的现象。再者,若以结构突变的时点当分界点,将数据分开估计,则分段估计的 值会明显下降,但单根检验的检验功效,会因分段估计所造成样本观察期间的缩短而受影响。所以即使分段估计的 值变小,仍无法拒绝单根假设。若以全部资料来估计,虽然观察期较长,却会有前面所说的因结构突变,而高估 的可能性。
为应对传统单根检验会导致虚假单根,Perron(1989)在有结构突变的前提下,依据不同的误差结构提出几种检验法;
一、当误差项是i.i.d,先将原序列对截距项、确定趋势项、以及虚拟变量作回归,可得相对应的残差项 , ,如下所示:
A 为 对截距项、确定趋势项、及 做回归的残差;
B 为 对截距项、确定趋势项、及 做回归的残差;
C 为 对截距项、确定趋势项、及 与 做回归的残差。
考虑下列的回归式:
, 2-8
则DF检验可直接使用,不过仍需重新模拟常态偏误 与 统计量 的临界值。两者的极限分布都受参数 的影响[1],根据不同的 可模拟出不同的临界值表。而当 或为1时,三种模型的极限分布都是一样的,并且与标准的DF的临界值相似。
二、当误差项存在自我相关时,即 ,代表三种模型的极限分布不只受 影响,也有 与 的作用,此时可用Phillps(1987)和Phillps and Perron(1988)的方法,将常态偏误与 检验统计量做一调整,则可套用残差项为i.i.d时,Perron所推导的临界值,调整统计量为:
2-9
2-10
与 分别为 和 的一致估计式;而 则是 对下列三式做回归后的残差平方和。
A
B
C
三、仿照DF与Said and Dickey(1984)的方式,加进额外的滞后项的一阶差分值当解释变量,可使极限分布不受 和 的影响,因此,所查的表与前述i.i.d的例子相同,检验的回归式如下:
, 2-11
此时, ,而检验 的 统计量则为 ( )。不过Phillps的调整方式,相当于结构突变的传递被限制在只有一期的调整;而Said and Dickey的方法,则适用于时间序列受重大事件的影响,须有一段调整期间来传递。
Perron(1989)以ADF检验来检测结构突变的单根,在容许零假设模型有一个结构突变下,对应(A)冲击模型、(B)增长率突变模型、以及(C)均值与增长率都突变的模型,考虑下列回归式:
模型A: 2-12
模型B: 2-13
模型C: 2-14
且零假设(有单根),备择假设(趋势定态)依序如下:
A
B
C
此时,在式2-12到式2-14种检验 的 统计量( )分别为 、 和 。其中, 和 的渐进分布与2-8式的 统计量: ( )相同;然而2-13式的 统计量 的渐进分布与2-8式的 统计量: ( )不一致,代表当基本假设是二段相连而斜率却不同的确定时间序列时,用第2-13式无法进行单根检验,因为2-13式中的 统计量: 会比第2-11式的统计量 来得小,如此一来以2-13式作单根检验会损失检验功效。不过仍可用下列回归式做检验:
2-15
上式中的 统计量: 与第2-11式的渐进分布相同,当相较于第2-13式少了 ,隐含着在零假设中不容许漂移项(drift)的改变。
[1] 为突变分数(break fraction)定义为发生结构突变前的样本占总样本的比例。
这个是我对1989年文章的粗略翻译,公式没有显示出来,可以参考文章,希望大家指正。