Moving Average Plot In R

Media móvil Este ejemplo le enseña cómo calcular el promedio móvil de una serie de tiempo en Excel. Una gran ventaja se utiliza para suavizar las irregularidades (picos y valles) para reconocer fácilmente las tendencias. 1. En primer lugar, echemos un vistazo a nuestra serie de tiempo. 2. En la ficha Datos, haga clic en Análisis de datos. Nota: no puede encontrar el botón Análisis de datos Haga clic aquí para cargar el complemento Herramientas de análisis. 3. Seleccione Media móvil y haga clic en Aceptar. 4. Haga clic en el cuadro Rango de entrada y seleccione el rango B2: M2. 5. Haga clic en el cuadro Interval y escriba 6. 6. Haga clic en el cuadro Rango de salida y seleccione la celda B3. 8. Trazar un gráfico de estos valores. Explicación: dado que establecemos el intervalo en 6, el promedio móvil es el promedio de los 5 puntos de datos anteriores y el punto de datos actual. Como resultado, los picos y valles se suavizan. El gráfico muestra una tendencia creciente. Excel no puede calcular el promedio móvil para los primeros 5 puntos de datos porque no hay suficientes puntos de datos anteriores. 9. Repita los pasos 2 a 8 para el intervalo 2 y el intervalo 4. Conclusión: Cuanto mayor sea el intervalo, más se suavizarán los picos y los valles. Cuanto más pequeño es el intervalo, más cerca están las medias móviles de los puntos de datos reales. Te gusta este sitio web gratis? Por favor, comparta esta página en GoogleI tiene un gráfico de la serie de tiempo en el paquete ggplot2 y he realizado el promedio móvil y me gustaría añadir el resultado de la media móvil a la trama de la serie temporal. Ejemplo de conjunto de datos (p31): ambtemp dt -1.14 2007-09-29 00:01:57 -1.12 2007-09-29 00:03:57 -1.33 2007-09-29 00:05:57 -1.44 2007 -09-29 00:07:57 -1.54 2007-09-29 00:09:57 -1.29 2007-09-29 00:11:57 Código aplicado para la presentación de la serie de tiempo: Muestra del gráfico del promedio móvil Muestra de resultados esperados The El reto es que los datos de series de tiempo obtenidos de un conjunto de datos que incluye marcas de tiempo y temperatura, pero los datos del promedio móvil incluyen sólo la columna promedio y no las marcas de tiempo y el ajuste de estos dos puede causar inconsistencia. Moving Promedios en R A mi leal saber, No tienen una función incorporada para calcular promedios móviles. Usando la función de filtro, sin embargo, podemos escribir una función corta para medias móviles: Podemos usar la función en cualquier dato: mav (data), o mav (data, 11) si queremos especificar un número diferente de puntos de datos Que el predeterminado 5 trazado funciona como se espera: plot (mav (datos)). Además del número de puntos de datos sobre los cuales se puede hacer un promedio, también podemos cambiar el argumento de las funciones del filtro: sides2 usa ambos lados, sides1 usa sólo valores pasados. Comparta esto: Navegación posterior Navegación de comentarios Navegación por comentariosdocumentación tsmovavg salida tsmovavg (tsobj, s, lag) devuelve la media móvil simple para el objeto de serie temporal financiera, tsobj. Lag indica el número de puntos de datos anteriores utilizados con el punto de datos actual al calcular la media móvil. La salida tsmovavg (vector, s, lag, dim) devuelve la media móvil simple para un vector. Lag indica el número de puntos de datos anteriores utilizados con el punto de datos actual al calcular la media móvil. La salida tsmovavg (tsobj, e, timeperiod) devuelve la media móvil ponderada exponencial para la serie de tiempo financiero, tsobj. La media móvil exponencial es una media móvil ponderada, en la que timeperiod especifica el período de tiempo. Las medias móviles exponenciales reducen el retraso aplicando más peso a los precios recientes. Por ejemplo, una media móvil exponencial de 10 periodos pesa el precio más reciente en 18.18. Porcentaje exponencial 2 / (TIMEPER 1) o 2 / (WINDOWSIZE 1). La salida tsmovavg (vector, e, timeperiod, dim) devuelve la media móvil ponderada exponencial para un vector. La media móvil exponencial es una media móvil ponderada, en la que timeperiod especifica el período de tiempo. Las medias móviles exponenciales reducen el retraso aplicando más peso a los precios recientes. Por ejemplo, una media móvil exponencial de 10 periodos pesa el precio más reciente en 18.18. (2 / (periodo de tiempo 1)). La salida tsmovavg (tsobj, t, numperiod) devuelve la media móvil triangular para el objeto de serie temporal financiera, tsobj. La media móvil triangular dobla los datos. Tsmovavg calcula la primera media móvil simple con el ancho de la ventana de ceil (numperíodo 1) / 2. Luego calcula un segundo promedio móvil simple en el primer promedio móvil con el mismo tamaño de ventana. La salida tsmovavg (vector, t, numperiod, dim) devuelve el promedio móvil triangular de un vector. La media móvil triangular dobla los datos. Tsmovavg calcula la primera media móvil simple con el ancho de la ventana de ceil (numperíodo 1) / 2. Luego calcula un segundo promedio móvil simple en el primer promedio móvil con el mismo tamaño de ventana. La salida tsmovavg (tsobj, w, weights) devuelve la media móvil ponderada para el objeto de serie temporal financiera, tsobj. Suministrando pesos para cada elemento en la ventana en movimiento. La longitud del vector de peso determina el tamaño de la ventana. Si se utilizan factores de peso mayores para precios más recientes y factores más pequeños para los precios anteriores, la tendencia es más sensible a los cambios recientes. La salida tsmovavg (vector, w, pesos, dim) devuelve la media móvil ponderada del vector suministrando pesos para cada elemento de la ventana en movimiento. La longitud del vector de peso determina el tamaño de la ventana. Si se utilizan factores de peso mayores para precios más recientes y factores más pequeños para los precios anteriores, la tendencia es más sensible a los cambios recientes. La salida tsmovavg (tsobj, m, numperiod) devuelve la media móvil modificada para el objeto de serie temporal financiera, tsobj. La media móvil modificada es similar a la media móvil simple. Considere el argumento numperiod como el desfase de la media móvil simple. La primera media móvil modificada se calcula como una media móvil simple. Los valores subsiguientes se calculan sumando el nuevo precio y restando el último promedio de la suma resultante. La salida tsmovavg (vector, m, numperiod, dim) devuelve la media móvil modificada para el vector. La media móvil modificada es similar a la media móvil simple. Considere el argumento numperiod como el desfase de la media móvil simple. La primera media móvil modificada se calcula como una media móvil simple. Los valores subsiguientes se calculan sumando el nuevo precio y restando el último promedio de la suma resultante. Dim 8212 dimensión para operar a lo largo de entero positivo con valor 1 o 2 Dimensión para operar a lo largo, especificado como un entero positivo con un valor de 1 o 2. dim es un argumento de entrada opcional, y si no se incluye como una entrada, el valor predeterminado Se asume el valor 2. El valor predeterminado de dim 2 indica una matriz orientada a filas, donde cada fila es una variable y cada columna es una observación. Si dim 1. se supone que la entrada es un vector de columna o una matriz orientada a columnas, donde cada columna es una variable y cada fila una observación. E 8212 Indicador para el vector de caracteres de media móvil exponencial El promedio móvil exponencial es una media móvil ponderada, en la que el tiempo es el período de tiempo de la media móvil exponencial. Las medias móviles exponenciales reducen el retraso aplicando más peso a los precios recientes. Por ejemplo, una media móvil exponencial de 10 periodos pesa el precio más reciente en 18.18. Porcentaje exponencial 2 / (TIMEPER 1) o 2 / (WINDOWSIZE 1) período de tiempo 8212 Longitud del período de tiempo entero no negativo Select Your CountryUsing R para el análisis de la serie temporal Análisis de la serie temporal Este folleto explica cómo utilizar el software de estadística R para llevar a cabo algunos Análisis que son comunes en el análisis de datos de series de tiempo. Este folleto supone que el lector tiene algunos conocimientos básicos de análisis de series de tiempo, y el foco principal del folleto no es explicar el análisis de series temporales, sino más bien explicar cómo realizar estos análisis con R. Si usted es nuevo en series temporales Análisis, y quiero aprender más sobre cualquiera de los conceptos presentados aquí, recomiendo encarecidamente el libro Open University 8220Time series8221 (código de producto M249 / 02), disponible en la Open University Shop. En este folleto, usaré series de datos de series de tiempo que Rob Hyndman ha proporcionado gentilmente en su biblioteca de datos de series de tiempo en robjhyndman / TSDL /. Si te gusta este folleto, también te gustaría consultar mi folleto sobre el uso de R para estadísticas biomédicas, a-little-book-of-r-for-biomedical-statistics. readthedocs. org/. Y mi folleto sobre el uso de R para el análisis multivariado, little-book-of-r-for-multivariate-analysis. readthedocs. org/. Lectura de datos de series de tiempo Lo primero que querrá hacer para analizar sus datos de series de tiempo será leerlo en R y trazar la serie de tiempo. Puede leer datos en R utilizando la función scan (), que asume que sus datos para puntos de tiempo sucesivos se encuentran en un archivo de texto simple con una columna. Por ejemplo, el archivo robjhyndman / tsdldata / misc / kings. dat contiene datos sobre la edad de muerte de sucesivos reyes de Inglaterra, empezando por Guillermo el Conquistador (fuente original: Hipel y Mcleod, 1994). El conjunto de datos tiene este aspecto: Sólo se han mostrado las primeras líneas del archivo. Las tres primeras líneas contienen algún comentario sobre los datos, y queremos ignorar esto cuando leemos los datos en R. Podemos usar esto usando el parámetro 8220skip8221 de la función scan (), que especifica cuántas líneas en la parte superior de El archivo a ignorar. Para leer el archivo en R, ignorando las tres primeras líneas, escribimos: En este caso la edad de muerte de 42 reyes sucesivos de Inglaterra se ha leído en la variable 8216kings8217. Una vez que haya leído los datos de la serie temporal en R, el siguiente paso es almacenar los datos en un objeto de serie temporal en R, de modo que pueda utilizar muchas funciones de R8217s para analizar datos de series temporales. Para almacenar los datos en un objeto de serie temporal, usamos la función ts () en R. Por ejemplo, para almacenar los datos en la variable 8216kings8217 como un objeto de serie temporal en R, tecleamos: A veces, el conjunto de datos de series de tiempo que usted Pueden haber sido recogidos a intervalos regulares que fueron menos de un año, por ejemplo, mensual o trimestral. En este caso, puede especificar el número de veces que los datos fueron recopilados por año utilizando el parámetro 8216frequency8217 en la función ts (). Para los datos de series temporales mensuales, se fija la frecuencia12, mientras que para los datos trimestrales de la serie temporal, se establece la frecuencia4. También puede especificar el primer año en que se recopilaron los datos y el primer intervalo en ese año utilizando el parámetro 8216start8217 en la función ts (). Por ejemplo, si el primer punto de datos corresponde al segundo trimestre de 1986, se establecería startc (1986,2). Un ejemplo es un conjunto de datos sobre el número de nacimientos por mes en la ciudad de Nueva York, de enero de 1946 a diciembre de 1959 (recogido originalmente por Newton). Estos datos están disponibles en el archivo robjhyndman / tsdldata / data / nybirths. dat Podemos leer los datos en R y almacenarlos como un objeto de serie temporal escribiendo: Similarmente, el archivo robjhyndman / tsdldata / data / fancy. dat contiene Ventas mensuales para una tienda de recuerdos en una ciudad balnearia en Queensland, Australia, para enero de 1987 a diciembre de 1993 (datos originales de Wheelwright y Hyndman, 1998). Podemos leer los datos en R escribiendo: Plotting Time Series Una vez que haya leído una serie de tiempo en R, el siguiente paso es hacer un gráfico de los datos de la serie temporal, que puede hacer con la función plot. ts () En R. Por ejemplo, para trazar la serie de tiempo de la edad de muerte de 42 reyes sucesivos de Inglaterra, escribimos: Podemos ver a partir de la gráfica de tiempo que esta serie temporal podría describirse probablemente utilizando un modelo aditivo, ya que las fluctuaciones aleatorias En los datos son aproximadamente constantes en tamaño con el tiempo. Del mismo modo, para trazar la serie de tiempo del número de nacimientos por mes en la ciudad de Nueva York, que tipo: Podemos ver a partir de esta serie de tiempo que parece haber variación estacional en el número de nacimientos por mes: hay un pico cada verano , Y un abrevadero cada invierno. Una vez más, parece que esta serie temporal probablemente podría describirse usando un modelo aditivo, ya que las fluctuaciones estacionales son aproximadamente constantes en tamaño con el tiempo y no parecen depender del nivel de la serie temporal, y las fluctuaciones aleatorias también parecen ser Aproximadamente de tamaño constante en el tiempo. Del mismo modo, para trazar la serie de tiempo de las ventas mensuales de la tienda de recuerdos en una ciudad balnearia en Queensland, Australia, que tipo: En este caso, parece que un modelo aditivo no es apropiado para describir esta serie temporal, ya que el tamaño De las fluctuaciones estacionales y las fluctuaciones aleatorias parecen aumentar con el nivel de las series temporales. Por lo tanto, es posible que necesitamos transformar las series temporales para obtener una serie temporal transformada que se pueda describir utilizando un modelo aditivo. Por ejemplo, podemos transformar la serie cronológica calculando el registro natural de los datos originales: Aquí podemos ver que el tamaño de las fluctuaciones estacionales y las fluctuaciones aleatorias en la serie de tiempo log-transformada parecen ser aproximadamente constantes en el tiempo, y no No depende del nivel de la serie temporal. Por lo tanto, la serie de tiempo log-transformado puede describirse probablemente utilizando un modelo aditivo. Descomposición de series de tiempo La descomposición de una serie de tiempo significa separarla en sus componentes constituyentes, que suelen ser un componente de tendencia y un componente irregular, y si se trata de una serie temporal estacional, una componente estacional. Descomposición de datos no estacionales Una serie temporal no estacional consiste en un componente de tendencia y un componente irregular. La descomposición de las series temporales implica tratar de separar la serie temporal en estos componentes, es decir, estimar el componente de tendencia y el componente irregular. Para estimar el componente de tendencia de una serie temporal no estacional que se puede describir utilizando un modelo aditivo, es común utilizar un método de suavizado, como calcular el promedio móvil simple de las series temporales. La función SMA () en el paquete 8220TTR8221 R se puede utilizar para suavizar datos de series de tiempo utilizando una media móvil simple. Para utilizar esta función, primero debemos instalar el paquete 8220TTR8221 R (para obtener instrucciones sobre cómo instalar un paquete R, consulte Cómo instalar un paquete R). Una vez que haya instalado el paquete 8220TTR8221 R, puede cargar el paquete 8220TTR8221 R escribiendo: A continuación, puede utilizar la función 8220SMA () 8221 para suavizar los datos de series temporales. Para utilizar la función SMA (), debe especificar el orden (span) de la media móvil simple, utilizando el parámetro 8220n8221. Por ejemplo, para calcular una media móvil simple de orden 5, establecemos n5 en la función SMA (). Por ejemplo, como se discutió anteriormente, la serie de tiempo de la edad de muerte de 42 reyes sucesivos de Inglaterra aparece no es estacional, y probablemente se puede describir utilizando un modelo aditivo, ya que las fluctuaciones aleatorias en los datos son más o menos constante en tamaño más Tiempo: Por lo tanto, podemos tratar de estimar el componente de tendencia de esta serie de tiempo por suavizado utilizando un promedio móvil simple. Para suavizar la serie de tiempo usando una media móvil simple de orden 3, y trazar los datos de la serie de tiempo suavizado, escribimos: Todavía parece haber un montón de fluctuaciones aleatorias en la serie de tiempo alisado usando una media móvil simple de orden 3. Por lo tanto, para estimar el componente de tendencia con mayor precisión, es posible que desee tratar de suavizar los datos con un promedio móvil simple de un orden superior. Esto requiere un poco de prueba y error, para encontrar la cantidad correcta de suavizado. Por ejemplo, podemos intentar usar una media móvil simple de orden 8: Los datos suavizados con una media móvil simple de orden 8 dan una imagen más clara del componente de tendencia y podemos ver que la edad de muerte de los reyes ingleses parece Han disminuido de aproximadamente 55 años a cerca de 38 años durante el reinado de los primeros 20 reyes, y luego aumentó después de eso a cerca de 73 años para el final del reinado del 40.o rey en la serie de tiempo. Descomposición de datos estacionales Una serie temporal estacional consta de un componente de tendencia, un componente estacional y un componente irregular. La descomposición de las series de tiempo significa separar las series de tiempo en estos tres componentes: es decir, estimar estos tres componentes. Para estimar el componente de tendencia y el componente estacional de una serie temporal estacional que se puede describir usando un modelo aditivo, podemos utilizar la función 8220decompose () 8221 en R. Esta función estima la tendencia, los componentes estacionales e irregulares de una serie temporal que Se puede describir utilizando un modelo aditivo. La función 8220decompose () 8221 devuelve un objeto de lista como su resultado, donde las estimaciones del componente estacional, el componente de tendencia y el componente irregular se almacenan en los elementos con nombre de los objetos de lista, llamados 8220seasonal8221, 8220trend8221 y 8220random8221, respectivamente. Por ejemplo, como se analizó anteriormente, la serie temporal del número de nacimientos mensuales en la ciudad de Nueva York es estacional con un pico cada verano y cada invierno y probablemente se puede describir usando un modelo aditivo ya que las fluctuaciones estacionales y aleatorias parecen Para estimar la tendencia, los componentes estacionales e irregulares de esta serie temporal, tecleamos: Los valores estimados de los componentes estacionales, de tendencias e irregulares se almacenan ahora en las variables de los nacimientos, las series, los nacimientos, las series, la tendencia de las cotizaciones y los nacimientos. Por ejemplo, podemos imprimir los valores estimados del componente estacional escribiendo: Los factores estacionales estimados se dan para los meses enero-diciembre, y son los mismos para cada año. El mayor factor estacional es para julio (alrededor de 1,46), y el más bajo para febrero (alrededor de -2,08), lo que indica que parece haber un pico de nacimientos en julio y un mínimo en nacimientos en febrero de cada año. Podemos trazar la tendencia estimada, los componentes estacionales y los componentes irregulares de la serie temporal usando la función 8220plot () 8221, por ejemplo: La gráfica anterior muestra la serie temporal original (arriba), el componente de tendencia estimada (segundo desde arriba) El componente estacional estimado (tercero desde arriba) y el componente irregular estimado (parte inferior). Vemos que el componente de tendencia estimada muestra una pequeña disminución de aproximadamente 24 en 1947 a aproximadamente 22 en 1948, seguido por un aumento constante desde entonces a aproximadamente 27 en 1959. Ajuste estacional Si tiene una serie temporal estacional que se puede describir usando Un modelo aditivo, puede ajustar temporalmente la serie de tiempo estimando el componente estacional y restando el componente estacional estimado de la serie temporal original. Podemos hacer esto usando la estimación del componente estacional calculado por la función 8220decompose () 8221. Por ejemplo, para ajustar estacionalmente la serie temporal del número de nacimientos por mes en la ciudad de Nueva York, podemos estimar el componente estacional usando 8220decompose () 8221, y luego restar el componente estacional de la serie temporal original: Series temporales ajustadas estacionalmente usando la función 8220plot () 8221, escribiendo: Puede ver que la variación estacional ha sido eliminada de la serie temporal desestacionalizada. La serie temporal ajustada estacionalmente ahora solo contiene el componente de tendencia y un componente irregular. Pronósticos con suavizado exponencial El suavizado exponencial se puede usar para hacer pronósticos a corto plazo para datos de series temporales. Suavizado Exponencial Simple Si tiene una serie de tiempo que se puede describir utilizando un modelo aditivo con nivel constante y sin estacionalidad, puede utilizar el suavizado exponencial simple para hacer pronósticos a corto plazo. El método de suavizado exponencial simple proporciona una forma de estimar el nivel en el punto de tiempo actual. El suavizado es controlado por el parámetro alfa para la estimación del nivel en el punto de tiempo actual. El valor de alpha está entre 0 y 1. Los valores de alfa que están cerca de 0 significan que poco peso se coloca en las observaciones más recientes al hacer pronósticos de valores futuros. Por ejemplo, el archivo robjhyndman / tsdldata / hurst / precip1.dat contiene la precipitación anual total en pulgadas para Londres, de 1813 a 1912 (datos originales de Hipel y McLeod, 1994). Podemos leer los datos en R y trazarlos escribiendo: Se puede ver en la gráfica que hay un nivel aproximadamente constante (la media permanece constante en aproximadamente 25 pulgadas). Las fluctuaciones aleatorias en las series temporales parecen ser aproximadamente de tamaño constante en el tiempo, por lo que es probablemente apropiado describir los datos usando un modelo aditivo. Así, podemos hacer pronósticos usando el suavizado exponencial simple. Para hacer pronósticos usando el suavizado exponencial simple en R, podemos ajustar un modelo predictivo de suavización exponencial simple usando la función 8220HoltWinters () 8221 en R. Para usar HoltWinters () para el suavizado exponencial simple, necesitamos establecer los parámetros betaFALSE y gammaFALSE en el HoltWinters () (los parámetros beta y gamma se usan para el suavizado exponencial de Holt8217s o el suavizado exponencial de Holt-Winters, como se describe a continuación). La función HoltWinters () devuelve una variable de lista, que contiene varios elementos con nombre. Por ejemplo, para usar el suavizado exponencial simple para hacer pronósticos para las series temporales de precipitaciones anuales en Londres, tecleamos: La salida de HoltWinters () nos dice que el valor estimado del parámetro alfa es aproximadamente 0.024. Esto es muy cercano a cero, diciéndonos que las previsiones se basan en observaciones recientes y menos recientes (aunque se hace un poco más de peso en las observaciones recientes). De forma predeterminada, HoltWinters () sólo hace previsiones para el mismo período cubierto por nuestra serie de tiempo original. En este caso, nuestra serie de tiempo original incluyó la lluvia para Londres desde 1813-1912, por lo que las previsiones son también para 1813-1912. En el ejemplo anterior, hemos almacenado la salida de la función HoltWinters () en la variable de lista 8220rainseriesforecasts8221. Las previsiones hechas por HoltWinters () se almacenan en un elemento con nombre de esta variable de lista denominada 8220fitted8221, por lo que podemos obtener sus valores escribiendo: Podemos trazar la serie de tiempo original con los pronósticos escribiendo: La gráfica muestra la serie de tiempo original en Negro, y las previsiones como una línea roja. La serie temporal de pronósticos es mucho más suave que la serie temporal de los datos originales aquí. Como una medida de la exactitud de las previsiones, podemos calcular la suma de errores cuadrados para los errores de pronóstico de la muestra, es decir, los errores de predicción para el período de tiempo cubierto por nuestra serie temporal original. La suma de cuadrado de errores se almacena en un elemento con nombre de la variable de lista 8220rainseriesforecasts8221 llamada 8220SSE8221, por lo que podemos obtener su valor escribiendo: Es decir, aquí la suma de cuadrado de errores es 1828.855. Es común en el suavizado exponencial simple utilizar el primer valor en la serie de tiempo como el valor inicial para el nivel. Por ejemplo, en la serie temporal de precipitaciones en Londres, el primer valor es 23.56 (pulgadas) para la precipitación en 1813. Puede especificar el valor inicial para el nivel en la función HoltWinters () mediante el parámetro 8220l. start8221. Por ejemplo, para hacer pronósticos con el valor inicial del nivel establecido a 23.56, escribimos: Como se explicó anteriormente, por defecto HoltWinters () sólo hace previsiones para el período cubierto por los datos originales, que es 1813-1912 para la precipitación series de tiempo. Podemos hacer pronósticos para otros puntos de tiempo utilizando la función 8220forecast. HoltWinters () 8221 en el paquete R 8220forecast8221. Para utilizar la función forecast. HoltWinters (), primero debemos instalar el paquete 8220forecast8221 R (para obtener instrucciones sobre cómo instalar un paquete R, consulte Cómo instalar un paquete R). Una vez que haya instalado el paquete 8220forecast8221 R, puede cargar el paquete 8220forecast8221 R escribiendo: Cuando utilice la función forecast. HoltWinters (), como su primer argumento (entrada), pasará el modelo predictivo que ya ha montado utilizando el método HoltWinters () función. Por ejemplo, en el caso de las series temporales de lluvias, almacenamos el modelo predictivo realizado con HoltWinters () en la variable 8220gramos de arsenal8221. Especifique cuántos puntos de tiempo adicionales desea hacer pronósticos utilizando el parámetro 8220h8221 en forecast. HoltWinters (). Por ejemplo, para hacer una previsión de la precipitación para los años 1814-1820 (8 años más) usando forecast. HoltWinters (), escribimos: La función forecast. HoltWinters () le proporciona la previsión para un año, un intervalo de predicción de 80 para El pronóstico y un intervalo de predicción de 95 para el pronóstico. Por ejemplo, la precipitación pronosticada para 1920 es de aproximadamente 24,68 pulgadas, con un intervalo de predicción de 95 (16,24, 33,11). Para trazar las predicciones hechas por forecast. HoltWinters (), podemos usar la función 8220plot. forecast () 8221: Aquí las previsiones para 1913-1920 se trazan como una línea azul, el intervalo de predicción 80 como un área sombreada naranja y el 95 como un área sombreada amarilla. Los 8216 errores de forjado8217 se calculan como los valores observados menos los valores predichos, para cada punto de tiempo. Sólo podemos calcular los errores de pronóstico para el período de tiempo cubierto por nuestra serie temporal original, que es 1813-1912 para los datos de precipitación. Como se mencionó anteriormente, una medida de la precisión del modelo predictivo es la suma de cuadrado de errores (SSE) para los errores de pronóstico en la muestra. Los errores de pronóstico de la muestra se almacenan en el elemento denominado 8220residuals8221 de la variable de lista devuelta por forecast. HoltWinters (). Si el modelo predictivo no puede ser mejorado, no debe haber correlaciones entre los errores de predicción para las predicciones sucesivas. En otras palabras, si hay correlaciones entre los errores de pronóstico para las predicciones sucesivas, es probable que los pronósticos de suavizado exponencial simples puedan ser mejorados por otra técnica de pronóstico. Para averiguar si este es el caso, podemos obtener un correlograma de los errores de pronóstico de la muestra para los intervalos 1-20. Podemos calcular un correlograma de los errores de predicción usando la función 8220acf () 8221 en R. Para especificar el retardo máximo que queremos ver, utilizamos el parámetro 8220lag. max8221 en acf (). Por ejemplo, para calcular un correlograma de los errores de pronóstico de la muestra para los datos de la lluvia de Londres para los intervalos 1-20, tecleamos: Se puede ver a partir del correlograma muestral que la autocorrelación con retraso 3 sólo está tocando los límites de significación. Para probar si hay evidencia significativa de correlaciones no nulas en los intervalos 1-20, podemos realizar una prueba de Ljung-Box. Esto se puede hacer en R usando la función 8220Box. test () 8221. El retardo máximo que queremos ver se especifica usando el parámetro 8220lag8221 en la función Box. test (). Por ejemplo, para probar si hay autocorrelaciones distintas de cero en los intervalos de 1 a 20, para los errores de pronóstico de la muestra para los datos de precipitaciones de Londres, se escribe: Aquí el estadístico de prueba de Ljung-Box es 17,4 y el valor de p es 0,6 , Por lo que hay poca evidencia de autocorrelaciones no nulas en los errores de pronóstico de la muestra en los intervalos 1-20. Para asegurarse de que el modelo predictivo no puede ser mejorado, también es una buena idea comprobar si los errores de pronóstico se distribuyen normalmente con media cero y varianza constante. Para comprobar si los errores de pronóstico tienen una varianza constante, podemos hacer un gráfico de tiempo de los errores de pronóstico de la muestra: El gráfico muestra que los errores de pronóstico de la muestra parecen tener una variación aproximadamente constante en el tiempo, aunque el tamaño de las fluctuaciones en El inicio de la serie temporal (1820-1830) puede ser ligeramente menor que en fechas posteriores (por ejemplo, 1840-1850). Para comprobar si los errores de pronóstico están normalmente distribuidos con la media cero, podemos trazar un histograma de los errores de pronóstico, con una curva normal superpuesta que tiene la media de cero y la misma desviación estándar que la distribución de los errores de pronóstico. Para ello, podemos definir una función R 8220plotForecastErrors () 8221, a continuación: Deberá copiar la función anterior en R para poder utilizarla. A continuación, puede utilizar plotForecastErrors () para trazar un histograma (con curva normal superpuesta) de los errores de pronóstico para las predicciones de lluvia: La gráfica muestra que la distribución de errores de pronóstico se centra aproximadamente en cero y se distribuye más o menos normalmente, aunque Parece estar ligeramente sesgada a la derecha en comparación con una curva normal. Sin embargo, el sesgo correcto es relativamente pequeño, por lo que es plausible que los errores de pronóstico se distribuyan normalmente con cero medio. La prueba de Ljung-Box mostró que hay poca evidencia de autocorrelaciones no nulas en los errores de pronóstico de la muestra, y la distribución de los errores de pronóstico parece estar distribuida normalmente con cero medio. Esto sugiere que el simple método de suavizado exponencial proporciona un modelo predictivo adecuado para las lluvias de Londres, que probablemente no se puede mejorar. Además, son probablemente válidos los supuestos en los que se basaron los intervalos de predicción 80 y 95 (que no hay autocorrelaciones en los errores de pronóstico y los errores de pronóstico normalmente se distribuyen con media cero y varianza constante). Holt8217s Suavizado exponencial Si tiene una serie de tiempo que se puede describir usando un modelo aditivo con tendencia creciente o decreciente y sin estacionalidad, puede usar el suavizado exponencial Holt8217s para hacer pronósticos a corto plazo. El suavizado exponencial Holt8217s calcula el nivel y la pendiente en el punto de tiempo actual. El suavizado se controla mediante dos parámetros, alfa, para la estimación del nivel en el punto de tiempo actual y beta para la estimación de la pendiente b de la componente de tendencia en el punto de tiempo actual. Al igual que con el suavizado exponencial simple, los parametros alfa y beta tienen valores entre 0 y 1, y los valores cercanos a 0 significan que se pone poco peso en las observaciones más recientes al hacer pronósticos de valores futuros. Un ejemplo de una serie de tiempo que probablemente se puede describir usando un modelo aditivo con una tendencia y sin estacionalidad es la serie de tiempo del diámetro anual de las faldas de las mujeres en el dobladillo, de 1866 a 1911. Los datos están disponibles en el archivo robjhyndman / Tsdldata / roberts / skirts. dat (datos originales de Hipel y McLeod, 1994). Podemos leer y trazar los datos en R escribiendo: Podemos ver en la gráfica que hubo un aumento en el diámetro del dobladillo de aproximadamente 600 en 1866 a aproximadamente 1050 en 1880 y que luego el diámetro del dobladillo disminuyó a aproximadamente 520 en 1911 Para hacer pronósticos, podemos ajustar un modelo predictivo usando la función HoltWinters () en R. Para usar HoltWinters () para el suavizado exponencial de Holt8217s, necesitamos establecer el parámetro gammaFALSE (el parámetro gamma se usa para el suavizado exponencial Holt-Winters, como se describe abajo). Por ejemplo, para usar el suavizado exponencial Holt8217s para ajustar un modelo predictivo para el diámetro del dobladillo del faldón, escribimos: El valor estimado de alfa es 0.84, y de beta es 1.00. Estos son altos, diciéndonos que tanto la estimación del valor actual del nivel, como de la pendiente b del componente de tendencia, se basan principalmente en observaciones muy recientes en las series temporales. Esto tiene un buen sentido intuitivo, ya que el nivel y la pendiente de la serie temporal cambian bastante con el tiempo. El valor de la suma de cuadrado-errores para los errores de pronóstico en la muestra es 16954. Podemos trazar la serie de tiempo original como una línea negra, con los valores pronosticados como una línea roja en la parte superior de eso, escribiendo: Pueden ver en la imagen que las previsiones de la muestra coinciden bastante bien con los valores observados, aunque tienden a quedarse un poco por detrás de los valores observados. Si lo desea, puede especificar los valores iniciales del nivel y la pendiente b del componente de tendencia mediante los argumentos 8220l. start8221 y 8220b. start8221 para la función HoltWinters (). Es común establecer el valor inicial del nivel en el primer valor de la serie temporal (608 para los datos de las faldas) y el valor inicial de la pendiente en el segundo valor menos el primer valor (9 para los datos de las faldas). Por ejemplo, para ajustar un modelo predictivo a los datos de dobladillo de falda usando el suavizado exponencial Holt8217s, con valores iniciales de 608 para el nivel y 9 para la pendiente b del componente de tendencia, escribimos: En cuanto al suavizado exponencial simple, podemos hacer previsiones Para tiempos futuros no cubiertos por la serie de tiempo original utilizando la función forecast. HoltWinters () en el paquete 8220forecast8221. Por ejemplo, los datos de las series de tiempo para las hebras de la falda fueron de 1866 a 1911, por lo que podemos hacer predicciones para 1912 a 1930 (19 puntos de datos más) y trazarlos, escribiendo: Las previsiones se muestran como una línea azul 80 intervalos de predicción como un área sombreada naranja, y los 95 intervalos de predicción como un área sombreada amarilla. En cuanto al suavizado exponencial simple, podemos comprobar si el modelo predictivo podría mejorarse comprobando si los errores de pronóstico de la muestra muestran autocorrelaciones distintas de cero en los intervalos 1-20. Por ejemplo, para los datos de dobladillo de falda, podemos hacer un correlograma y llevar a cabo la prueba de Ljung-Box, escribiendo: Aquí el correlograma muestra que la autocorrelación de la muestra para los errores de pronóstico de la muestra con retraso 5 excede los límites de significación. Sin embargo, esperaríamos que una de cada 20 de las autocorrelaciones de los primeros veinte retrasos excediera los 95 límites de significación por casualidad. De hecho, cuando realizamos la prueba de Ljung-Box, el valor de p es 0,47, indicando que hay poca evidencia de autocorrelaciones no nulas en los errores de pronóstico de la muestra en los intervalos 1-20. Como para el suavizado exponencial simple, también debemos comprobar que los errores de pronóstico tienen varianza constante en el tiempo, y normalmente se distribuyen con cero medio. Podemos hacer esto haciendo un gráfico de tiempo de errores de pronóstico y un histograma de la distribución de errores de pronóstico con una curva normal superpuesta: El gráfico de tiempo de errores de pronóstico muestra que los errores de pronóstico tienen variación aproximadamente constante en el tiempo. El histograma de los errores de pronóstico muestra que es plausible que los errores de pronóstico se distribuyan normalmente con media cero y varianza constante. Por lo tanto, la prueba de Ljung-Box muestra que hay poca evidencia de autocorrelaciones en los errores de pronóstico, mientras que el gráfico de tiempo y el histograma de los errores de pronóstico muestran que es plausible que los errores de pronóstico se distribuyan normalmente con media cero y varianza constante. Por lo tanto, podemos concluir que el suavizado exponencial de Holt8217s proporciona un modelo predictivo adecuado para los diámetros del dobladillo del faldón, que probablemente no se puede mejorar. Además, significa que los supuestos en los que se basaron los intervalos de las predicciones 80 y 95 son probablemente válidos. Holt-Winters Suavizado exponencial Si tiene una serie de tiempo que se puede describir usando un modelo aditivo con tendencia creciente y decreciente y estacionalidad, puede usar el suavizado exponencial Holt-Winters para hacer pronósticos a corto plazo. El suavizado exponencial de Holt-Winters calcula el nivel, pendiente y componente estacional en el punto de tiempo actual. El suavizado se controla mediante tres parámetros: alfa, beta y gamma, para las estimaciones del nivel, la pendiente b del componente de tendencia y la componente estacional, respectivamente, en el punto de tiempo actual. Los parámetros alfa, beta y gamma tienen valores entre 0 y 1, y valores cercanos a 0 significan que se pone relativamente poco peso en las observaciones más recientes al hacer pronósticos de valores futuros. Un ejemplo de una serie de tiempo que probablemente se puede describir usando un modelo aditivo con tendencia y estacionalidad es la serie de tiempo del registro de ventas mensuales para la tienda de souvenirs en un pueblo de playa en Queensland, Australia (discutido arriba): , Podemos ajustar un modelo predictivo utilizando la función HoltWinters (). Por ejemplo, para ajustar un modelo predictivo para el registro de las ventas mensuales en la tienda de recuerdos, escribimos: Los valores estimados de alfa, beta y gamma son 0,41, 0,00 y 0,96, respectivamente. El valor de alfa (0,41) es relativamente bajo, lo que indica que la estimación del nivel en el punto de tiempo actual se basa en observaciones recientes y en algunas observaciones en el pasado más lejano. El valor de beta es 0,00, lo que indica que la estimación de la pendiente b del componente de tendencia no se actualiza durante la serie temporal, sino que se establece igual a su valor inicial. Esto tiene sentido intuitivo, ya que el nivel cambia bastante por la serie de tiempo, pero la pendiente b del componente de tendencia permanece aproximadamente igual. Por el contrario, el valor de gamma (0,96) es alto, lo que indica que la estimación del componente estacional en el punto de tiempo actual se basa sólo en observaciones muy recientes. En cuanto al suavizado exponencial simple y el suavizado exponencial de Holt8217s, podemos trazar la serie de tiempo original como una línea negra, con los valores pronosticados como una línea roja encima de eso: Vemos de la trama que el método exponencial de Holt-Winters es muy exitoso En la predicción de los picos estacionales, que se producen aproximadamente en noviembre de cada año. Para hacer pronósticos para tiempos futuros no incluidos en la serie temporal original, utilizamos la función 8220forecast. HoltWinters () 8221 en el paquete 8220forecast8221. Por ejemplo, los datos originales para las ventas de recuerdos son de enero de 1987 a diciembre de 1993. Si queremos hacer previsiones para enero de 1994 a diciembre de 1998 (48 meses más) y trazar las previsiones, escribiríamos: Las previsiones se muestran como Una línea azul y las áreas sombreadas de color naranja y amarillo muestran 80 y 95 intervalos de predicción, respectivamente. We can investigate whether the predictive model can be improved upon by checking whether the in-sample forecast errors show non-zero autocorrelations at lags 1-20, by making a correlogram and carrying out the Ljung-Box test: The correlogram shows that the autocorrelations for the in-sample forecast errors do not exceed the significance bounds for lags 1-20. Furthermore, the p-value for Ljung-Box test is 0.6, indicating that there is little evidence of non-zero autocorrelations at lags 1-20. We can check whether the forecast errors have constant variance over time, and are normally distributed with mean zero, by making a time plot of the forecast errors and a histogram (with overlaid normal curve): From the time plot, it appears plausible that the forecast errors have constant variance over time. From the histogram of forecast errors, it seems plausible that the forecast errors are normally distributed with mean zero. Thus, there is little evidence of autocorrelation at lags 1-20 for the forecast errors, and the forecast errors appear to be normally distributed with mean zero and constant variance over time. This suggests that Holt-Winters exponential smoothing provides an adequate predictive model of the log of sales at the souvenir shop, which probably cannot be improved upon. Furthermore, the assumptions upon which the prediction intervals were based are probably valid. ARIMA Models Exponential smoothing methods are useful for making forecasts, and make no assumptions about the correlations between successive values of the time series. However, if you want to make prediction intervals for forecasts made using exponential smoothing methods, the prediction intervals require that the forecast errors are uncorrelated and are normally distributed with mean zero and constant variance. While exponential smoothing methods do not make any assumptions about correlations between successive values of the time series, in some cases you can make a better predictive model by taking correlations in the data into account. Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA) models include an explicit statistical model for the irregular component of a time series, that allows for non-zero autocorrelations in the irregular component. Differencing a Time Series ARIMA models are defined for stationary time series. Therefore, if you start off with a non-stationary time series, you will first need to 8216difference8217 the time series until you obtain a stationary time series. If you have to difference the time series d times to obtain a stationary series, then you have an ARIMA(p, d,q) model, where d is the order of differencing used. You can difference a time series using the 8220diff()8221 function in R. For example, the time series of the annual diameter of women8217s skirts at the hem, from 1866 to 1911 is not stationary in mean, as the level changes a lot over time: We can difference the time series (which we stored in 8220skirtsseries8221, see above) once, and plot the differenced series, by typing: The resulting time series of first differences (above) does not appear to be stationary in mean. Therefore, we can difference the time series twice, to see if that gives us a stationary time series: Formal tests for stationarity Formal tests for stationarity called 8220unit root tests8221 are available in the fUnitRoots package, available on CRAN, but will not be discussed here. The time series of second differences (above) does appear to be stationary in mean and variance, as the level of the series stays roughly constant over time, and the variance of the series appears roughly constant over time. Thus, it appears that we need to difference the time series of the diameter of skirts twice in order to achieve a stationary series. If you need to difference your original time series data d times in order to obtain a stationary time series, this means that you can use an ARIMA(p, d,q) model for your time series, where d is the order of differencing used. For example, for the time series of the diameter of women8217s skirts, we had to difference the time series twice, and so the order of differencing (d) is 2. This means that you can use an ARIMA(p,2,q) model for your time series. The next step is to figure out the values of p and q for the ARIMA model. Another example is the time series of the age of death of the successive kings of England (see above): From the time plot (above), we can see that the time series is not stationary in mean. To calculate the time series of first differences, and plot it, we type: The time series of first differences appears to be stationary in mean and variance, and so an ARIMA(p,1,q) model is probably appropriate for the time series of the age of death of the kings of England. By taking the time series of first differences, we have removed the trend component of the time series of the ages at death of the kings, and are left with an irregular component. We can now examine whether there are correlations between successive terms of this irregular component if so, this could help us to make a predictive model for the ages at death of the kings. Selecting a Candidate ARIMA Model If your time series is stationary, or if you have transformed it to a stationary time series by differencing d times, the next step is to select the appropriate ARIMA model, which means finding the values of most appropriate values of p and q for an ARIMA(p, d,q) model. To do this, you usually need to examine the correlogram and partial correlogram of the stationary time series. To plot a correlogram and partial correlogram, we can use the 8220acf()8221 and 8220pacf()8221 functions in R, respectively. To get the actual values of the autocorrelations and partial autocorrelations, we set 8220plotFALSE8221 in the 8220acf()8221 and 8220pacf()8221 functions. Example of the Ages at Death of the Kings of England For example, to plot the correlogram for lags 1-20 of the once differenced time series of the ages at death of the kings of England, and to get the values of the autocorrelations, we type: We see from the correlogram that the autocorrelation at lag 1 (-0.360) exceeds the significance bounds, but all other autocorrelations between lags 1-20 do not exceed the significance bounds. To plot the partial correlogram for lags 1-20 for the once differenced time series of the ages at death of the English kings, and get the values of the partial autocorrelations, we use the 8220pacf()8221 function, by typing: The partial correlogram shows that the partial autocorrelations at lags 1, 2 and 3 exceed the significance bounds, are negative, and are slowly decreasing in magnitude with increasing lag (lag 1: -0.360, lag 2: -0.335, lag 3:-0.321). The partial autocorrelations tail off to zero after lag 3. Since the correlogram is zero after lag 1, and the partial correlogram tails off to zero after lag 3, this means that the following ARMA (autoregressive moving average) models are possible for the time series of first differences: an ARMA(3,0) model, that is, an autoregressive model of order p3, since the partial autocorrelogram is zero after lag 3, and the autocorrelogram tails off to zero (although perhaps too abruptly for this model to be appropriate) an ARMA(0,1) model, that is, a moving average model of order q1, since the autocorrelogram is zero after lag 1 and the partial autocorrelogram tails off to zero an ARMA(p, q) model, that is, a mixed model with p and q greater than 0, since the autocorrelogram and partial correlogram tail off to zero (although the correlogram probably tails off to zero too abruptly for this model to be appropriate) We use the principle of parsimony to decide which model is best: that is, we assume that the model with the fewest parameters is best. The ARMA(3,0) model has 3 parameters, the ARMA(0,1) model has 1 parameter, and the ARMA(p, q) model has at least 2 parameters. Therefore, the ARMA(0,1) model is taken as the best model. An ARMA(0,1) model is a moving average model of order 1, or MA(1) model. This model can be written as: Xt - mu Zt - (theta Zt-1), where Xt is the stationary time series we are studying (the first differenced series of ages at death of English kings), mu is the mean of time series Xt, Zt is white noise with mean zero and constant variance, and theta is a parameter that can be estimated. A MA (moving average) model is usually used to model a time series that shows short-term dependencies between successive observations. Intuitively, it makes good sense that a MA model can be used to describe the irregular component in the time series of ages at death of English kings, as we might expect the age at death of a particular English king to have some effect on the ages at death of the next king or two, but not much effect on the ages at death of kings that reign much longer after that. Shortcut: the auto. arima() function The auto. arima() function can be used to find the appropriate ARIMA model, eg. type 8220library(forecast)8221, then 8220auto. arima(kings)8221. The output says an appropriate model is ARIMA(0,1,1). Since an ARMA(0,1) model (with p0, q1) is taken to be the best candidate model for the time series of first differences of the ages at death of English kings, then the original time series of the ages of death can be modelled using an ARIMA(0,1,1) model (with p0, d1, q1, where d is the order of differencing required). Example of the Volcanic Dust Veil in the Northern Hemisphere Let8217s take another example of selecting an appropriate ARIMA model. The file file robjhyndman/tsdldata/annual/dvi. dat contains data on the volcanic dust veil index in the northern hemisphere, from 1500-1969 (original data from Hipel and Mcleod, 1994). This is a measure of the impact of volcanic eruptions8217 release of dust and aerosols into the environment. We can read it into R and make a time plot by typing: From the time plot, it appears that the random fluctuations in the time series are roughly constant in size over time, so an additive model is probably appropriate for describing this time series. Furthermore, the time series appears to be stationary in mean and variance, as its level and variance appear to be roughly constant over time. Therefore, we do not need to difference this series in order to fit an ARIMA model, but can fit an ARIMA model to the original series (the order of differencing required, d, is zero here). We can now plot a correlogram and partial correlogram for lags 1-20 to investigate what ARIMA model to use: We see from the correlogram that the autocorrelations for lags 1, 2 and 3 exceed the significance bounds, and that the autocorrelations tail off to zero after lag 3. The autocorrelations for lags 1, 2, 3 are positive, and decrease in magnitude with increasing lag (lag 1: 0.666, lag 2: 0.374, lag 3: 0.162). The autocorrelation for lags 19 and 20 exceed the significance bounds too, but it is likely that this is due to chance, since they just exceed the significance bounds (especially for lag 19), the autocorrelations for lags 4-18 do not exceed the signifiance bounds, and we would expect 1 in 20 lags to exceed the 95 significance bounds by chance alone. From the partial autocorrelogram, we see that the partial autocorrelation at lag 1 is positive and exceeds the significance bounds (0.666), while the partial autocorrelation at lag 2 is negative and also exceeds the significance bounds (-0.126). The partial autocorrelations tail off to zero after lag 2. Since the correlogram tails off to zero after lag 3, and the partial correlogram is zero after lag 2, the following ARMA models are possible for the time series: an ARMA(2,0) model, since the partial autocorrelogram is zero after lag 2, and the correlogram tails off to zero after lag 3, and the partial correlogram is zero after lag 2 an ARMA(0,3) model, since the autocorrelogram is zero after lag 3, and the partial correlogram tails off to zero (although perhaps too abruptly for this model to be appropriate) an ARMA(p, q) mixed model, since the correlogram and partial correlogram tail off to zero (although the partial correlogram perhaps tails off too abruptly for this model to be appropriate) Shortcut: the auto. arima() function Again, we can use auto. arima() to find an appropriate model, by typing 8220auto. arima(volcanodust)8221, which gives us ARIMA(1,0,2), which has 3 parameters. However, different criteria can be used to select a model (see auto. arima() help page). If we use the 8220bic8221 criterion, which penalises the number of parameters, we get ARIMA(2,0,0), which is ARMA(2,0): 8220auto. arima(volcanodust, ic8221bic8221)8221. The ARMA(2,0) model has 2 parameters, the ARMA(0,3) model has 3 parameters, and the ARMA(p, q) model has at least 2 parameters. Therefore, using the principle of parsimony, the ARMA(2,0) model and ARMA(p, q) model are equally good candidate models. An ARMA(2,0) model is an autoregressive model of order 2, or AR(2) model. This model can be written as: Xt - mu (Beta1 (Xt-1 - mu)) (Beta2 (Xt-2 - mu)) Zt, where Xt is the stationary time series we are studying (the time series of volcanic dust veil index), mu is the mean of time series Xt, Beta1 and Beta2 are parameters to be estimated, and Zt is white noise with mean zero and constant variance. An AR (autoregressive) model is usually used to model a time series which shows longer term dependencies between successive observations. Intuitively, it makes sense that an AR model could be used to describe the time series of volcanic dust veil index, as we would expect volcanic dust and aerosol levels in one year to affect those in much later years, since the dust and aerosols are unlikely to disappear quickly. If an ARMA(2,0) model (with p2, q0) is used to model the time series of volcanic dust veil index, it would mean that an ARIMA(2,0,0) model can be used (with p2, d0, q0, where d is the order of differencing required). Similarly, if an ARMA(p, q) mixed model is used, where p and q are both greater than zero, than an ARIMA(p,0,q) model can be used. Forecasting Using an ARIMA Model Once you have selected the best candidate ARIMA(p, d,q) model for your time series data, you can estimate the parameters of that ARIMA model, and use that as a predictive model for making forecasts for future values of your time series. You can estimate the parameters of an ARIMA(p, d,q) model using the 8220arima()8221 function in R. Example of the Ages at Death of the Kings of England For example, we discussed above that an ARIMA(0,1,1) model seems a plausible model for the ages at deaths of the kings of England. You can specify the values of p, d and q in the ARIMA model by using the 8220order8221 argument of the 8220arima()8221 function in R. To fit an ARIMA(p, d,q) model to this time series (which we stored in the variable 8220kingstimeseries8221, see above), we type: As mentioned above, if we are fitting an ARIMA(0,1,1) model to our time series, it means we are fitting an an ARMA(0,1) model to the time series of first differences. An ARMA(0,1) model can be written Xt - mu Zt - (theta Zt-1), where theta is a parameter to be estimated. From the output of the 8220arima()8221 R function (above), the estimated value of theta (given as 8216ma18217 in the R output) is -0.7218 in the case of the ARIMA(0,1,1) model fitted to the time series of ages at death of kings. Specifying the confidence level for prediction intervals You can specify the confidence level for prediction intervals in forecast. Arima() by using the 8220level8221 argument. For example, to get a 99.5 prediction interval, we would type 8220forecast. Arima(kingstimeseriesarima, h5, levelc(99.5))8221. We can then use the ARIMA model to make forecasts for future values of the time series, using the 8220forecast. Arima()8221 function in the 8220forecast8221 R package. For example, to forecast the ages at death of the next five English kings, we type: The original time series for the English kings includes the ages at death of 42 English kings. The forecast. Arima() function gives us a forecast of the age of death of the next five English kings (kings 43-47), as well as 80 and 95 prediction intervals for those predictions. The age of death of the 42nd English king was 56 years (the last observed value in our time series), and the ARIMA model gives the forecasted age at death of the next five kings as 67.8 years. We can plot the observed ages of death for the first 42 kings, as well as the ages that would be predicted for these 42 kings and for the next 5 kings using our ARIMA(0,1,1) model, by typing: As in the case of exponential smoothing models, it is a good idea to investigate whether the forecast errors of an ARIMA model are normally distributed with mean zero and constant variance, and whether the are correlations between successive forecast errors. For example, we can make a correlogram of the forecast errors for our ARIMA(0,1,1) model for the ages at death of kings, and perform the Ljung-Box test for lags 1-20, by typing: Since the correlogram shows that none of the sample autocorrelations for lags 1-20 exceed the significance bounds, and the p-value for the Ljung-Box test is 0.9, we can conclude that there is very little evidence for non-zero autocorrelations in the forecast errors at lags 1-20. To investigate whether the forecast errors are normally distributed with mean zero and constant variance, we can make a time plot and histogram (with overlaid normal curve) of the forecast errors: The time plot of the in-sample forecast errors shows that the variance of the forecast errors seems to be roughly constant over time (though perhaps there is slightly higher variance for the second half of the time series). The histogram of the time series shows that the forecast errors are roughly normally distributed and the mean seems to be close to zero. Therefore, it is plausible that the forecast errors are normally distributed with mean zero and constant variance. Since successive forecast errors do not seem to be correlated, and the forecast errors seem to be normally distributed with mean zero and constant variance, the ARIMA(0,1,1) does seem to provide an adequate predictive model for the ages at death of English kings. Example of the Volcanic Dust Veil in the Northern Hemisphere We discussed above that an appropriate ARIMA model for the time series of volcanic dust veil index may be an ARIMA(2,0,0) model. To fit an ARIMA(2,0,0) model to this time series, we can type: As mentioned above, an ARIMA(2,0,0) model can be written as: written as: Xt - mu (Beta1 (Xt-1 - mu)) (Beta2 (Xt-2 - mu)) Zt, where Beta1 and Beta2 are parameters to be estimated. The output of the arima() function tells us that Beta1 and Beta2 are estimated as 0.7533 and -0.1268 here (given as ar1 and ar2 in the output of arima()). Now we have fitted the ARIMA(2,0,0) model, we can use the 8220forecast. ARIMA()8221 model to predict future values of the volcanic dust veil index. The original data includes the years 1500-1969. To make predictions for the years 1970-2000 (31 more years), we type: We can plot the original time series, and the forecasted values, by typing: One worrying thing is that the model has predicted negative values for the volcanic dust veil index, but this variable can only have positive values The reason is that the arima() and forecast. Arima() functions don8217t know that the variable can only take positive values. Clearly, this is not a very desirable feature of our current predictive model. Again, we should investigate whether the forecast errors seem to be correlated, and whether they are normally distributed with mean zero and constant variance. To check for correlations between successive forecast errors, we can make a correlogram and use the Ljung-Box test: The correlogram shows that the sample autocorrelation at lag 20 exceeds the significance bounds. However, this is probably due to chance, since we would expect one out of 20 sample autocorrelations to exceed the 95 significance bounds. Furthermore, the p-value for the Ljung-Box test is 0.2, indicating that there is little evidence for non-zero autocorrelations in the forecast errors for lags 1-20. To check whether the forecast errors are normally distributed with mean zero and constant variance, we make a time plot of the forecast errors, and a histogram: The time plot of forecast errors shows that the forecast errors seem to have roughly constant variance over time. However, the time series of forecast errors seems to have a negative mean, rather than a zero mean. We can confirm this by calculating the mean forecast error, which turns out to be about -0.22: The histogram of forecast errors (above) shows that although the mean value of the forecast errors is negative, the distribution of forecast errors is skewed to the right compared to a normal curve. Therefore, it seems that we cannot comfortably conclude that the forecast errors are normally distributed with mean zero and constant variance Thus, it is likely that our ARIMA(2,0,0) model for the time series of volcanic dust veil index is not the best model that we could make, and could almost definitely be improved upon Links and Further Reading Here are some links for further reading. For a more in-depth introduction to R, a good online tutorial is available on the 8220Kickstarting R8221 website, cran. r-project. org/doc/contrib/Lemon-kickstart . There is another nice (slightly more in-depth) tutorial to R available on the 8220Introduction to R8221 website, cran. r-project. org/doc/manuals/R-intro . You can find a list of R packages for analysing time series data on the CRAN Time Series Task View webpage . To learn about time series analysis, I would highly recommend the book 8220Time series8221 (product code M249/02) by the Open University, available from the Open University Shop . There are two books available in the 8220Use R8221 series on using R for time series analyses, the first is Introductory Time Series with R by Cowpertwait and Metcalfe, and the second is Analysis of Integrated and Cointegrated Time Series with R by Pfaff. Acknowledgements I am grateful to Professor Rob Hyndman. for kindly allowing me to use the time series data sets from his Time Series Data Library (TSDL) in the examples in this booklet. Many of the examples in this booklet are inspired by examples in the excellent Open University book, 8220Time series8221 (product code M249/02), available from the Open University Shop . Thank you to Ravi Aranke for bringing auto. arima() to my attention, and Maurice Omane-Adjepong for bringing unit root tests to my attention, and Christian Seubert for noticing a small bug in plotForecastErrors(). Thank you for other comments to Antoine Binard and Bill Johnston. Contact I will be grateful if you will send me (Avril Coghlan) corrections or suggestions for improvements to my email address alc 64 sanger 46 ac 46 uk License