第7講 確率過程・時系列解析

自己回帰モデル

次のようなモデルを p 次自己回帰モデルと呼び,AR(p) と書く.

Xt=ϕ0+ϕ1Xt1++ϕpXtp+ϵt
ϵti.i.d.N(0,σ)
AR(1) の場合を考える.
Xt=ϕ0+ϕ1Xt1+ϵt=ϕ0+ϕ1(ϕ0+ϕ1Xt2+ϵt1)+ϵt=ϕ0+ϕ1ϕ0+ϕ12Xt2+ϕ1ϵt1+ϵt=ϕ0(1+ϕ1)+ϕ12Xt2+(ϵt+ϕ1ϵt1)=ϕ0(1+ϕ1)+ϕ12(ϕ0+ϕ1Xt3+ϵt2)+(ϵt+ϕ1ϵt1)=ϕ0(1+ϕ1+ϕ12)+ϕ13Xt3+(ϵt+ϕ1ϵt1+ϕ12ϵt2) =ϕ0(1+ϕ1++ϕ1n)+ϕ1n+1Xtn1+(ϵt+ϕ1ϵt1++ϕ1nϵtn)
ここで,1<|ϕ1|<1 という条件を課し,n とすると,
Xt=ϕ0(1+ϕ1+ϕ12+)+ϕ1n+1Xtn1+(ϵt+ϕ1ϵt1+ϕ12ϵt2+)=ϕ01ϕ1+i=0ϕ1iϵti
これを AR(1) の移動平均表現 (MA() 表現) という. これより,
E[Xt]=E[ϕ01ϕ1+i=0ϕ1iϵti]=ϕ01ϕ1+i=0ϕ1iE[ϵti]=ϕ01ϕ1
Cov[Xt,Xth]=Cov[ϕ01ϕ1+i=0ϕ1iϵti, ϕ01ϕ1+j=0ϕ1jϵthj]=Cov[i=0ϕ1iϵti, j=0ϕ1jϵthj]=i=0j=0ϕ1iϕ1jCov[ϵti,ϵtjh]=j=0ϕ1j+hϕ1jσ2=σ2j=1ϕ1h(ϕ12)j1=ϕ1h1ϕ12σ2