Cómo detectar y cuantificar una ruptura estructural en series de tiempo (R)


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Antecedentes

Primero, algunos antecedentes para medir el nivel de comprensión que podría tener. Actualmente completando la tesis de maestría, las estadísticas han sido una parte insignificante de esto, aunque tengo una comprensión básica. Mi pregunta actual me hace dudar de lo que puedo / debo hacer en la práctica, leer más y más en línea y en literatura parece ser contraproducente.

¿Qué estoy tratando de lograr?

Entonces, para mi tesis, me uní a una empresa y la pregunta general que estoy tratando de responder es esencialmente cómo se ve afectado un proceso predictivo por la implementación de cierto sistema (que afecta los datos utilizados para el proceso predictivo).

El resultado deseado en esto es una comprensión de:

  1. ¿Hay un cambio notable? (por ejemplo, prueba estadística)
  2. ¿Qué tan grande es el cambio? (en media y varianza)
  3. Qué factores son importantes en este proceso predictivo (también cómo cambia la influencia de los factores desde antes> después del descanso)

Para responder 1 y 2 obtuve datos históricos en forma de un objeto de serie temporal (y más pero irrelevante en esta etapa). El uso de software que es R .

Datos

Los datos abarcan una puntuación ponderada para cada día (2.5 años), que indica qué tan mal se realizó el proceso predictivo (desviación del evento real). Este objeto de serie temporal contiene la puntuación ponderada para las predicciones que ocurrieron desde una hora antes hasta la ocurrencia real del evento (intervalo de 1 hora) durante estos 2.5 años (por lo que cada día tiene una puntuación ponderada para este intervalo). Del mismo modo, hay múltiples series de tiempo construidas para otros intervalos (por ejemplo, 1-2, 2-3 horas, etc.)

myts1 <- structure(c(412.028462047, 468.938224875, 372.353242472, 662.26844965, 
                 526.872020535, 396.434818388, 515.597528222, 536.940884418, 642.878650146, 
                 458.935314286, 544.096691918, 544.378838523, 486.854043968, 478.952935122, 
                 533.171083451, 507.543369365, 475.992539251, 411.626822157, 574.256785085, 
                 489.424743512, 558.03917366, 488.892234577, 1081.570101272, 488.410996801, 
                 420.058151274, 548.43547725, 759.563191992, 699.857042552, 505.546581256, 
                 2399.735167563, 959.058553387, 565.776425823, 794.327364085, 
                 1060.096712241, 636.011672603, 592.842508666, 643.576323635, 
                 639.649884944, 420.788373053, 506.948276856, 503.484363746, 466.642585817, 
                 554.521681602, 578.44355769, 589.29487224, 636.837396631, 647.548662447, 
                 740.222655163, 391.545826142, 537.551842222, 908.940523615, 590.446686171, 
                 543.002925217, 1406.486794264, 1007.596435757, 617.098818856, 
                 633.848676718, 576.040175894, 881.49475483, 687.276105325, 628.977801859, 
                 1398.136047241, 749.644445942, 639.958039461, 649.265606673, 
                 645.57852203, 577.862446744, 663.218073256, 593.034544803, 672.096591437, 
                 544.776355324, 720.242877214, 824.963939263, 596.581822515, 885.215989867, 
                 693.456405627, 552.170633931, 618.855329732, 1030.291011295, 
                 615.889921256, 799.498196448, 570.398558528, 680.670975027, 563.404802085, 
                 494.790365745, 756.684436338, 523.051238729, 535.502475619, 520.8344231, 
                 623.971011973, 928.274580287, 639.702434094, 583.234364572, 623.144865566, 
                 673.342687695, 567.501447619, 602.473664361, 655.181508321, 593.662768316, 
                 617.830786992, 652.461315007, 496.505155747, 550.24687917, 588.952116381, 
                 456.603281447, 425.963966309, 454.729462342, 487.22846023, 613.269432488, 
                 474.916140657, 505.93051487, 536.401546008, 555.824475073, 509.429036303, 
                 632.232746263, 677.102831732, 506.605957979, 701.99882145, 499.770942819, 
                 555.599224002, 557.634152694, 448.693828549, 661.921921922, 447.00540349, 
                 561.194112634, 590.797954608, 590.739061378, 445.949400588, 725.589882976, 
                 480.650749378, 587.03144903, 483.054524693, 428.813155209, 540.609606719, 
                 495.756149832, 409.713220791, 492.43287131, 618.492643291, 723.203623076, 
                 461.433833742, 420.414959481, 480.501175081, 564.955582744, 453.0704893, 
                 506.711353939, 521.12661934, 487.509966405, 483.442305774, 506.932771141, 
                 442.871555249, 873.285819221, 1201.628963682, 1392.479592817, 
                 693.292446258, 629.477998542, 660.777526646, 414.376675251, 475.517946081, 
                 501.626384564, 470.216781646, 444.195433559, 697.258566625, 546.966755779, 
                 428.945521943, 388.203080434, 579.759476551, 548.433130604, 453.950530959, 
                 460.613845164, 534.329569431, 560.663080722, 660.799405665, 432.3134958, 
                 569.59842379, 518.195281689, 650.007266105, 521.642137647, 442.763872575, 
                 687.470213886, 951.651918891, 589.611971045, 493.203713291, 431.966577408, 
                 616.912296912, 685.80916291, 502.518373775, 595.630289879, 563.104035749, 
                 523.383707347, 532.042896625, 470.949823756, 603.408124923, 615.301428799, 
                 708.26541245, 725.853182875, 705.777543119, 530.351781147, 698.828825921, 
                 462.173187592, 366.411986505, 848.613888761, 502.940599188, 456.044881766, 
                 605.321231272, 629.861109863, 431.130428123, 509.672767868, 457.598828697, 
                 553.932034119, 610.181457495, 581.59017099, 540.788638119, 705.226962669, 
                 610.670142045, 566.392016015, 611.086310256, 603.256299175, 766.372982953, 
                 801.921868916, 761.708239486, 580.712445849, 575.53616943, 540.066255921, 
                 608.133122153, 735.063468208, 637.091441112, 778.874033589, 689.350099602, 
                 1003.219851026, 624.107808848, 635.887051641, 420.915060155, 
                 511.460563095, 817.08209288, 603.089908306, 772.6493477, 797.148459813, 
                 588.255963229, 499.050860875, 502.059987, 565.524637543, 1663.182976069, 
                 2281.49950544, 1442.687607103, 1024.355834401, 899.519857882, 
                 988.585993922, 612.834835776, 641.686600038, 717.951451466, 746.441686309, 
                 1147.770724052, 596.279691286, 932.861076555, 497.228997645, 
                 764.895725484, 659.054003787, 1148.227820587, 1403.462969143, 
                 624.733620842, 803.199038618, 839.637983048, 1278.286165347, 
                 774.363457936, 662.767213211, 627.251799204, 650.180035442, 1296.405174964, 
                 662.928010153, 523.095967567, 620.727894789, 650.876097695, 509.534317267, 
                 479.922326477, 613.743251306, 430.117763379, 1825.108688714, 
                 744.708270099, 455.818978039, 370.908485795, 771.317824437, 688.219350724, 
                 468.16351523, 791.649828808, 666.360829114, 1427.809117119, 2861.163543428, 
                 1090.887950582, 621.942045727, 397.381382335, 397.697308586, 
                 494.441558442, 474.314526966, 888.812606506, 476.031636688, 651.907747324, 
                 389.95997873, 680.776897408, 1499.093314237, 1077.571595752, 
                 765.690897368, 571.545469449, 590.64855754, 492.371592484, 580.811781306, 
                 873.628734717, 602.958435426, 549.877214337, 546.66120979, 394.75285753, 
                 520.238244635, 517.217468365, 903.057976974, 528.477241796, 378.958677302, 
                 491.589659729, 548.665964908, 453.512746452, 481.081050678, 491.499714029, 
                 628.539705456, 672.540312912, 1686.825394554, 1367.577856001, 
                 600.373039737, 417.511405109, 511.75535978, 440.677427555, 493.430816323, 
                 533.025975459, 547.429120615, 432.168874608, 555.098163047, 521.644301834, 
                 667.159371501, 421.591007887, 757.218378664, 615.572602597, 433.961482908, 
                 528.813953729, 633.228715271, 519.648748842, 437.342815473, 551.877832301, 
                 703.377801948, 536.673383258, 658.597165739, 1449.850501569, 
                 615.204142853, 499.197033946, 853.692014263, 490.213941347, 812.68824521, 
                 521.364349414, 818.757704456, 848.59674442, 646.819554339, 471.051626838, 
                 598.326620222, 782.58569568, 754.880939869, 636.572395084, 686.076138643, 
                 530.158582782, 524.696479569, 525.441231521, 593.834663615, 415.830854949, 
                 590.135594493, 591.019407595, 503.321975981, 515.371205208, 494.805384342, 
                 567.397190671, 482.180658052, 724.099533838, 791.107121538, 564.673191002, 
                 572.551388184, 729.46937136, 943.538757014, 519.051645932, 994.190842696, 
                 866.69659257, 610.021553913, 547.791568399, 578.854543644, 684.826681706, 
                 815.179238308, 617.050464226, 623.818649573, 537.163825262, 529.850027242, 
                 926.531531345, 588.578930644, 457.329084489, 380.160216157, 494.287689357, 
                 463.885244047, 451.611520014, 762.508948042, 773.74942889, 1642.691010358, 
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                 257.088555132, 189.502428671, 239.652450054, 243.53269907, 289.820554649, 
                 249.011846483, 279.393483142, 194.006529415, 214.59905786, 247.746491522, 
                 224.723467084, 191.086994265, 271.654470268, 183.455652269, 327.307813653, 
                 149.721791725, 170.538132352, 192.954323882, 172.459631548, 199.829129152, 
                 163.257916856, 179.33550074, 207.618752518, 191.969484656, 191.506188821, 
                 176.446694609, 194.818608621, 167.891653012, 167.000377869, 201.869893803, 
                 183.895614224, 148.510174938, 157.27033831, 166.573696008, 309.557485177, 
                 595.559287832, 232.318746483, 188.295593138, 157.721093739, 177.753625321, 
                 214.844940799, 226.812056373, 213.910815993, 188.973729833, 243.306529363, 
                 202.733401293, 197.296870477, 182.523989567, 170.428625204, 172.593507241, 
                 151.926342178, 283.415923815, 163.456408737, 172.273699114, 159.382452668, 
                 182.158974043, 156.532047405, 182.768725504, 239.318216814, 151.579013694, 
                 148.216885776, 241.346766195, 257.110058666, 147.931152011, 186.2508302, 
                 197.379372605, 155.69798218, 147.370235658, 180.961415272, 168.372900875, 
                 297.9454882, 177.640856836, 170.535749604, 166.211309731, 178.463064513, 
                 175.035906056, 179.971897406, 162.858094293, 164.056675362, 250.151933362, 
                 195.49943188, 175.281720263, 182.392087534, 144.341091392, 241.466298465, 
                 184.806150673, 167.932448156, 150.621075732, 178.510315062, 209.913152992, 
                 222.798716921, 153.536476868, 190.326281004, 173.708412622, 148.075945402, 
                 149.147879365, 181.5851776, 141.012604897, 157.982751461, 159.364653673, 
                 151.777006477, 191.065323099, 139.076429662, 172.452344359, 182.482693518, 
                 287.424045314, 169.327943406, 298.970852166, 145.238645275, 175.211717467, 
                 165.116950464, 187.006564993, 160.959119092, 198.552333833, 170.406040157, 
                 162.10770001, 146.356131036, 170.336552623, 163.095730104, 155.192077125, 
                 217.182324478, 231.270198833, 256.905250226, 184.59676245, 175.557146633, 
                 164.246298131, 221.695058452, 197.911691457, 188.427830442, 259.361745153, 
                 164.243672823, 190.67188784, 182.331604811, 190.352555581, 248.738493256, 
                 196.854564795, 164.974185334, 332.650385373, 169.081552611, 193.578840033, 
                 192.166911863, 214.174943222, 271.287900593, 224.675083031, 171.950208574, 
                 173.867031268, 139.260432794, 177.012491325, 171.268066406, 132.714578168, 
                 197.224558817, 152.561299656, 143.415562042), .Tsp = c(2016.3306010929, 
                                                                        2018.99909424358, 365), class = "ts")

Procesar hasta ahora

Ahora había entendido que para la pregunta 1 puedo aplicar una prueba para una ruptura estructural para determinar si ocurrió la ruptura y cuándo (con una fecha de ruptura conocida). Para esto utilizo el paquete strucchange en R y utilizo la función de puntos de interrupción .

Sin embargo, mi supervisor también recomendó la prueba CUSUM (para la fecha de descanso desconocida). ¿No estás seguro de qué es lo mejor aquí?

EDITAR:

Veo que la prueba de supF de Andrew realiza la prueba de Chow para todos los descansos posibles. Luego rechaza si el máximo de las estadísticas F (o Chow) se vuelve demasiado grande. (Encontrado: realizar una prueba de comida en series temporales )

Código para obtener una fecha de descanso usando struccchange

library(strucchange)
test2 <- Fstats(myts1~1) #Gets a sequence of fstatistics for all possible 
# break points within the middle 70% of myts1
myts1.fs <- test2$Fstats #These are the fstats
bp.myts1 <- breakpoints(myts1~1) #Gets the breakpoint based on the F-stats
plot(myts1) #plots the series myts1
lines(bp.myts1) #plots the break date implied by the sup F test
bd.myts1 <- breakdates(bp.myts1) #Obtains the implied break data (2018.35, 
# referring to day 128 (0.35*365 = day number))
sctest(test2) #Obtains a p-value for the implied breakpoint
ci.myts1 <- confint(bp.myts1) #95% CI for the location break date
plot(myts1)
lines(ci.myts1) #This shows the interval around the estimated break date

Con esto, puedo obtener una fecha de interrupción y un IC del 95% , lo que me indica que se ha producido una interrupción. Sin embargo, esta ruptura es en la media ya que la fórmula es myts1 ~ 1, lo que refleja una regresión en una constante. Si entiendo esto correctamente, los residuos son los valores degradados de myts1 y, por lo tanto, estoy viendo un cambio en la media. El gráfico visualiza los datos con la fecha de interrupción y un intervalo de confianza.

trama

Preguntas

P0: Antes de comenzar este análisis, me preguntaba si debería preocuparme cómo se distribuyen y corrigen estos errores de predicción para ciertas características. Parece un proceso bastante estable, aparte de la ruptura que ocurre y algunos valores atípicos.

P1: ¿Cómo puedo calcular un cambio en la varianza ? Me imagino que un cambio en la varianza también podría ocurrir en un punto diferente en el tiempo que la media. ¿Es correcto decir que una ruptura en la varianza también es una ruptura en la media, pero luego una ruptura en la media de la serie cuadrada degradada? No hay mucho que encontrar sobre esto.

P2: Dado que ahora he obtenido evidencia suficiente de una ruptura en la media y la varianza, ¿cómo puedo cuantificar este cambio? Por ejemplo, ¿la variación ha cambiado de X a Y después de la fecha de ruptura? ¿Es tan simple como dividir las series de tiempo a lo largo de la fecha de interrupción y resumir estadísticas sobre ambas partes?

P3: Si vuelvo a ejecutar el análisis de ruptura para otros intervalos de tiempo, ¿cómo comparo cómo evoluciona el cambio en la media y la varianza para los diferentes horizontes de predicción? ¿Es esto una vez más un simple resumen de las estadísticas o hay una prueba que evalúa qué tan diferentes son los errores?

Además Q3: ##

Al crear estas series de tiempo, se consideran los errores de predicción hasta 10 horas antes de que ocurra el evento predicho.

Tomando un día como ejemplo: las predicciones se separan en contenedores de 1 hora (crea 10 contenedores), luego, dentro de cada contenedor, todas las predicciones se resumen en un valor promedio ponderado (pesado basado en una variable diferente). Esto significa que por cada día hay una puntuación ponderada por contenedor (total de 10).

Al traducir esto al objeto de serie temporal que proporcioné en esta publicación (myts1, que abarca la última hora) se obtiene lo siguiente: Una serie temporal en la que cada punto corresponde al valor promedio ponderado para ese día en el intervalo de tiempo dado. Esencialmente, cada contenedor contiene 975 días separados con un valor promedio ponderado para cada uno (puramente histórico).

Mis pensamientos sobre esta parte: agregué una imagen que contiene 9 contenedores de 10, lo que muestra claramente que la ruptura se vuelve menos notable más atrás en el tiempo. Dadas estas 10 series temporales, vuelvo a ejecutar la prueba "Score-CUSUM" (media / varianza) para cada una. Desde allí se puede determinar a qué hora el efecto de este sistema se vuelve "notable" (como en el cambio absoluto en la media / varianza) y utilizable desde un punto de vista operativo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Q3.1 ¿Tiene sentido analizar las series temporales de esta manera? ¿Asumo que no importa que vuelva a ejecutar la prueba SCORE-CUSUM 10 veces?
Q3.1 ¿Cómo trato con un IC del 95% que abarca 6 meses al segmentar el descanso? (encontrado en contenedores de 4 horas)
Q3.2 ¿Debería preocuparme al comparar los diferentes modelos (errores) en estos 10 intervalos de tiempo?

Espero que mi explicación sea suficiente, puede proporcionar más información si es necesario.

EDITAR: He agregado un archivo csv (separado por;) en formato de columna, esto también incluye el número de eventos que ocurrieron cada día, sin embargo, parece que no hay correlación cuando se traza. Enlace: https://www.dropbox.com/s/5pilmn43bps9ss4/Data.csv?dl=0

EDIT2: Debería agregar que la implementación real ocurrió alrededor del punto de tiempo 2018 día 136 en la serie de tiempo.

EDITAR3: Se agregó el segundo intervalo de predicción de la hora 1 a 2 como un objeto TS en R en pastebin: https://pastebin.com/50sb4RtP (limitaciones en los caracteres de la publicación principal)


¿Quizás mirar en los modelos de garch que se usan (o eso me dicen) en finanzas para modelar (y predecir) la variación dinámica? Busca en este sitio, ¡vale la pena intentarlo!
kjetil b halvorsen

Una ruptura estructural en las series de tiempo puede ocurrir de varias maneras. 1. puntos en el tiempo donde el modelo implicaba cambios de intercepción 2. puntos en el tiempo donde cambia la tendencia 3. puntos en el tiempo donde uno o más de los parámetros de arma cambian 4. puntos en el tiempo donde la varianza del error cambia determinísticamente 5. puede haber un día de la semana, un día del mes, una semana del mes, un mes del año, efectos alrededor de las vacaciones etc que puede ser necesario controlar. Las pruebas simples de comida para un cambio medio son bastante ingenuas. si publica sus datos en forma de columnas como un archivo csv, podría ayudarlo a
avanzar

@kjetilbhalvorsen He visto que se sugieren estos modelos en entornos financieros, sin embargo, no me han convencido después de una lectura y discusión con mi supervisor académico sobre esto. ¡Gracias por la sugerencia!
Bas

@IrishStat Me preguntaba si también hay efectos estacionales (lo investigaré hoy y agregaré más información cuando lo encuentre). Se agregó un enlace a un archivo csv usando dropbox en la publicación principal.
Bas

Respuestas:


11

Preguntas

P0: La serie temporal parece bastante sesgada y el cambio de nivel va acompañado de un cambio de escala. Por lo tanto, analizaría las series temporales en registros en lugar de niveles, es decir, con errores multiplicativos en lugar de aditivos. En los registros, parece que un modelo AR (1) funciona bastante bien en cada segmento. Ver eg acf()y pacf()antes y después del descanso.

pacf(log(window(myts1, end = c(2018, 136))))
pacf(log(window(myts1, start = c(2018, 137))))

P1: Para una serie de tiempo sin interrupciones en la media, simplemente puede usar los residuos al cuadrado (o absolutos) y ejecutar una prueba para los cambios de nivel nuevamente. Alternativamente, puede ejecutar pruebas y estimar el punto de interrupción en función de un modelo de máxima verosimilitud donde la varianza del error es otro parámetro del modelo además de los coeficientes de regresión. Esta es Zeileis et al. (2010, doi: 10.1016 / j.csda.2009.12.005 ). Las pruebas CUSUM basadas en puntaje correspondientes también están disponibles strucchange, pero la estimación del punto de corte está dentro fxregime. Finalmente, en ausencia de regresores cuando se buscan solo cambios en la media y la varianza, el changepointpaquete R también proporciona funciones dedicadas.

Dicho esto, parece que un enfoque de mínimos cuadrados (tratar la varianza como un parámetro molesto) es suficiente para la serie de tiempo que publicaste. Vea abajo.

Q2: sí. Simplemente ajustaría modelos separados para cada segmento y analizaría estos "como de costumbre". Bai y Perron (2003, Journal of Applied Econometrics ) también sostienen que esto se justifica asintóticamente debido a la convergencia más rápida de las estimaciones de los puntos de corte (con una tasa lugar de ).nn

P3: No estoy completamente seguro de lo que está buscando aquí. Si desea ejecutar las pruebas secuencialmente para monitorear los datos entrantes, entonces debe adoptar un enfoque de monitoreo formal. Esto también se discute en Zeileis et al. (2010)

Fragmentos de código de análisis:

Combine series de registros con sus retrasos para la regresión posterior.

d <- ts.intersect(y = log(myts1), y1 = lag(log(myts1), -1))

Pruebas con supF y pruebas CUSUM basadas en puntajes:

fs <- Fstats(y ~ y1, data = d)
plot(fs)
lines(breakpoints(fs))

Fstats

sc <- efp(y ~ y1, data = d, type = "Score-CUSUM")
plot(sc, functional = NULL)

gefp

Esto destaca que tanto el coeficiente de intercepción como el de autocorrelación cambian significativamente en el punto de tiempo visible en la serie de tiempo original. También hay alguna fluctuación en la varianza, pero esto no es significativo al nivel del 5%.

Una cita basada en BIC también encuentra claramente este punto de quiebre:

bp <- breakpoints(y ~ y1, data = d)
coef(bp)
##                       (Intercept)        y1
## 2016(123) - 2018(136)    3.926381 0.3858473
## 2018(137) - 2019(1)      3.778685 0.2845176

Claramente, la media cae pero también la autocorrelación ligeramente. El modelo ajustado en los registros es entonces:

plot(log(myts1), col = "lightgray", lwd = 2)
lines(fitted(bp))
lines(confint(bp))

puntos de interrupción

La adaptación del modelo a cada segmento se puede hacer a través de:

summary(lm(y ~ y1, data = window(d, end = c(2018, 136))))
## Call:
## lm(formula = y ~ y1, data = window(d, end = c(2018, 136)))
## 
## Residuals:
##      Min       1Q   Median       3Q      Max 
## -0.73569 -0.18457 -0.04354  0.12042  1.89052 
## 
## Coefficients:
##             Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)    
## (Intercept)  3.92638    0.21656   18.13   <2e-16 ***
## y1           0.38585    0.03383   11.40   <2e-16 ***
## ---
## Signif. codes:  0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
## 
## Residual standard error: 0.2999 on 742 degrees of freedom
## Multiple R-squared:  0.1491, Adjusted R-squared:  0.148 
## F-statistic: 130.1 on 1 and 742 DF,  p-value: < 2.2e-16

 

summary(lm(y ~ y1, data = window(d, start = c(2018, 137))))
## Call:
## lm(formula = y ~ y1, data = window(d, start = c(2018, 137)))
## 
## Residuals:
##      Min       1Q   Median       3Q      Max 
## -0.43663 -0.13953 -0.03408  0.09028  0.99777 
## 
## Coefficients:
##             Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)    
## (Intercept)  3.61558    0.33468   10.80  < 2e-16 ***
## y1           0.31567    0.06327    4.99  1.2e-06 ***
## ---
## Signif. codes:  0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
## 
## Residual standard error: 0.2195 on 227 degrees of freedom
## Multiple R-squared:  0.09883,    Adjusted R-squared:  0.09486 
## F-statistic:  24.9 on 1 and 227 DF,  p-value: 1.204e-06

Gracias por tu respuesta detallada. P1: Entiendo que al usar los residuos al cuadrado, ejecutar la prueba nuevamente detecta una ruptura en la varianza, pero solo sin rupturas en la media. Me aconsejaron sobre un artículo que analiza este problema cuando hay una ruptura en la media. El documento propone una prueba especial, sin embargo, mi conocimiento en la evaluación del contenido no es suficiente: tandfonline.com/doi/abs/10.1198/073500103288619269 (sección 3.1) Por lo tanto, me pregunto si esta opción debería explorarse o mantener la ruta de uso del CUSUM basado en la puntuación como lo había descrito. Q3: agregando aclaraciones en la publicación principal
Bas

1
Mi impresión con respecto al primer trimestre es que la mayoría de las pruebas encontrarán evidencia clara de un descanso. Y dado el descanso, puede caracterizar los segmentos resultantes con respecto a su media, varianza, autocorrelación, etc. Re: Q3. Esto suena como si quisiera tener un procedimiento de "monitoreo" o "prueba secuencial" para el cual se han propuesto varias herramientas bajo diferentes etiquetas en diferentes comunidades. El control estadístico del proceso o el control de calidad podría ser otra etiqueta relevante.
Achim Zeileis

RE Q3: Esto tiene sentido y también se destaca en Zeileis et al. (2010) Echaré un vistazo y veré cómo puedo aplicar esto, gracias.
Bas

re P3: Es posible que haya creado cierta confusión con mi edición con respecto a los datos en sí. Mencioné que estos errores agregados son para un intervalo de tiempo dado, justificadamente sugirió una prueba secuencial para monitorear los datos entrantes a medida que estén disponibles (lectura de la viñeta de Strucchange y Zeileis et al. (2010)). Actualicé Q3 en la publicación principal, que ahora (según tengo entendido) no funciona con una prueba secuencial.
Bas

3

No queriendo agregar demasiada información en la publicación original, la respuesta aquí es en respuesta a @Achim Zeleis después de esta parte:

"Las pruebas CUSUM basadas en puntaje correspondientes también están disponibles strucchange, pero la estimación del punto de corte está en fxregime"

Y la pregunta 3, que estaba mal redactada (ahora actualizada en la publicación original):

"Re: Q3. Esto suena como si quisiera tener un procedimiento de" monitoreo "o" prueba secuencial "para el cual se han propuesto varias herramientas bajo diferentes etiquetas en diferentes comunidades. El control estadístico del proceso o control de calidad podría ser otra etiqueta relevante".

Después de leer la viñeta fxregimey strucchangese obtiene una estimación de la fecha de interrupción.
https://cran.r-project.org/web/packages/fxregime/vignettes/CNY.pdf
https://cran.r-project.org/web/packages/fxregime/fxregime.pdf

Las preguntas asociadas con esta parte son las siguientes:
1. ¿Cómo traducir la estimación de una fecha de interrupción encontrada por fxregime tanto a los cambios en la intercepción como a la auto correlación?
2. ¿Es fxregimecorrecta la lógica / método que utilicé para obtener esta estimación de ruptura ?
3. ¿Debo esperar incluso dos fechas de descanso, o ambos cambios en la intercepción y la auto correlación ocurren en la misma fecha? (por ejemplo, ¿qué pasaría si la variación cambiara en una fecha de descanso diferente, entonces obtengo dos o tres fechas de descanso diferentes?
4. Se aplica la pregunta 3 de la publicación original (actualizada)
5. ¿Debería preocuparme los efectos estacionales sugeridos por @Irish ¿Estadísticas (respuesta eliminada)? ¿Supongo que solo cuando quiero modelar esto después, y no durante la prueba de descanso?

Fragmentos de código de análisis para myts1:

Combine series de registros con sus retrasos para la regresión posterior.
d <- ts.intersect(y = log(myts1), y1 = lag(log(myts1), -1))

Tomando el mismo examen "Score-CUSUM":

sc <- efp(y ~ y1, data = d, type = "Score-CUSUM")
plot(sc, functional = NULL)

Prueba CUSUM basada en puntajes para sc

La estimación de la fecha de ruptura usando fxregime:
1. LWZ y la gráfica de probabilidad negativa de registro muestra el número óptimo de rupturas de 1
2. La fecha de ruptura con un intervalo de confianza indica una ruptura en la observación 744

bd <- fxregimes(y~y1, data = d)
plot(bd) #LWZ and Negative Log-Likelihood plot indicating optimal number of breakpoints is 1 (following vignette information)
ci <- confint(bd, level = 0.95)
ci #show confidence interval for break date(s)

##         Confidence intervals for breakpoints
##         of optimal 2-segment partition: 
##
## Call:
## confint.fxregimes(object = bd, level = 0.95)
##
## Breakpoints at observation number:
##  2.5 % breakpoints 97.5 %
## 1   742         744    746
##
## Corresponding to breakdates:
##     2.5 % breakpoints   97.5 %
## 1 2018.363    2018.369 2018.374

LWZ y log negativo - Probabilidad bd

Luego con coefpuedo obtener los coeficientes de cada segmento.

coef(bd)
## 
##                                       (Intercept) y1     (Variance)
## 2016.33334081892--2018.36895725728    3.926381 0.3858473 0.08969063
## 2018.37169698331--2018.99909424358    3.778685 0.2845176 0.04813337

A partir de aquí, diría que también la varianza ha disminuido bastante, pero ¿no está seguro de cómo interpretar esto correctamente dada una estimación de fecha de interrupción única y sin importancia en la prueba Score-CUSUM?

Parte 2, relacionada con la pregunta 3 en el PO

Ahora, como se menciona en el tercer trimestre de la publicación original (actualizada), hay varias series de tiempo, la siguiente es para la predicción del intervalo de 1-2 horas durante 975 días consecutivos, y cada día tiene un puntaje promedio ponderado.

Fragmentos de código de análisis para myts2: con
respecto a Q0: reevaluación de la serie temporal. Refiriéndose a la segunda imagen en la publicación original, el sesgo correcto todavía es algo evidente y mirar el acf()y pacf()antes y después del descanso aún indica que un modelo AR (1) funcionaría bastante bien (creo, gráficos similares).

pacf(log(window(myts2, end = c(2018, 136))))
pacf(log(window(myts2, start = c(2018, 137))))

Nuevamente combine series de registros con sus retrasos para la regresión posterior.
e <- ts.intersect(y = log(myts2), y1 = lag(log(myts2), -1))

Prueba "Score-CUSUM":

sc2 <- efp(y ~ y1, data = e, type = "Score-CUSUM")
plot(sc2, functional = NULL)

Prueba CUSUM basada en puntajes para sc2 Similar a la primera serie de tiempo, el coeficiente de intercepción y auto correlación cambia significativamente en el punto de tiempo visible en la serie de tiempo original. Sin embargo, esta vez también hay una fluctuación visible en la varianza que es significativa al nivel del 5%, que no coincide directamente con el punto de tiempo de intercepción y correlación automática.

Estimación de la fecha de ruptura utilizando fxregime:
1. LWZ y la gráfica de probabilidad negativa de registro muestra la cantidad óptima de rupturas de 1 debido a la fuerte disminución de LWZ y la deformación en NLL después del punto de ruptura 1.
2. La fecha de ruptura con un intervalo de confianza indica una ruptura en la observación 736

d <- fxregimes(y~y1, data = d)
plot(bd) #LWZ and Negative Log-Likelihood plot indicating optimal number of breakpoints is 1 (following vignette information)
ci <- confint(bd, level = 0.95)
ci #show confidence interval for break date(s)
# Confidence intervals for breakpoints  

# of optimal 2-segment partition: 
#   
#   Call:
#   confint.fxregimes(object = bd1, level = 0.95)
# 
# Breakpoints at observation number:
#   2.5 % breakpoints 97.5 %
#   1   730         736    750
# 
# Corresponding to breakdates:
#   2.5 % breakpoints   97.5 %
#   1 2018.331    2018.347 2018.385
# > breakdates(ci)
# 2.5 % breakpoints   97.5 %
#   1 2018.331    2018.347 2018.385

LWZ y log negativo - Probabilidad bd1
Luego con coefpuedo obtener los coeficientes de cada segmento.

coef(bd1)
#                                       (Intercept) y1     (Variance)
# 2016.33334081892--2018.34703944906    3.853897 0.3985997 0.07925990
# 2018.34977917509--2018.99909424358    3.106076 0.4773263 0.04625951

Para evaluar esta parte para myts2 (intervalo de predicción de 1-2 horas), la varianza se ha reducido bastante pero el cambio es menor en comparación con myts1. Además, hay un cambio notable en los coeficientes de la intersección y la correlación automática.

También aquí la pregunta es ¿cómo se debe interpretar esto? ¿Cómo refleja esta estimación de fecha de descanso único los descansos que se ven visualmente en la prueba Score-CUSUM?

* también vio que la refitfunción se ajustará a las regresiones segmentadas de la función fxregimes, que se puede usar para comparar como se mencionó anteriormente por @Achim Zeileis.
¿Entonces es posible comparar modelos (Q3) a través de las series de tiempo (myts1-10)? Supongo que solo cuando comparten la misma escala ya que uno no puede comparar un modelo que tiene un registro versus uno que no.

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