ユニットルートの直感的な説明


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ユニットルートテストのコンテキストで、ユニットルートとは何かを直感的にどのように説明しますか?

私はこの質問で設立したように説明する方法で考えている。

ユニットルートの場合は、ユニットルートテストが時系列の定常性をテストするために使用されることを(少しだけですが)知っていますが、それだけです。

素人に、または非常に基本的な確率と統計学のコースを学んだ人にどのように説明しますか?

更新

ここで尋ねたことを最も反映しているので、私はwhuberの答えを受け入れました。しかし、私はここに来たすべての人に、パトリックとマイケルの答えも読むことをお勧めします。彼らはユニットルートを理解する上で自然な「次のステップ」だからです。数学を使用しますが、非常に直感的な方法です。


3
この質問に対する現在の3つの答えすべて(マイケルチェルニック、パトリックカルドン、およびフーバー)を支持しました。まとめると、直観から基礎となる数学のいくつかまで、ユニットのルートを完全に理解できると思います。生産的な質問の場合は+1。
グング

3
ええ、@ gung、答えの質に本当に驚いています。誰もがユニットルートについて私に尋ねるとき、今では私のナンバー1のリンクです。
ルーカスレイズ

1
私はプーさんと競争することはできませんが、[別のグラフィカルなテイクがあります。] [1]最後の2つのシリーズ(RとE)には単位根がなく、静止していません。あなたは彼らがどれほど漂流しているかを見ることができます。[1]:stats.stackexchange.com/a/25481/7071
Dimitriy V. Masterov

回答:


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彼はちょうど橋に来たところだった。そして彼がどこへ行くのか見ていなかったので、彼は何かにつまずいた。そして、モミの実は彼の足から川の中に飛び出した。

「バザー」とプーは橋の下にゆっくりと浮かぶと言った。そして彼はそれに戻って、韻を踏んだ別のモミの実を手に入れた。しかし、彼はその日は穏やかな一日だったので、代わりに川を見るだけだと思ったので、横になって見ましたが、ゆっくりと彼の下に滑り落ちました。。。そして、突然、彼のモミの実も滑り落ちました。

「それは面白い」とプーは言った。「私は反対側にそれを落とした」とプーは言った、「そして、それはこの側に出てきた!それが再びそれをするだろうか?」

AAミルン、プーコーナーの家(第6章。プーが新しいゲームを発明し、イーヨーが参加します。)

これは、水面に沿った流れの写真です。

くまのプーさん1

矢印は流れの方向を示し、流線によって接続されています。 モミの実はそれが落ちる流線をたどる傾向があります。ただし、ストリーム内の同じ場所にドロップされた場合でも、毎回同じ方法で実行されるとは限りません。水、風、その他の自然の気まぐれによる乱気流によって引き起こされるパスに沿ったランダムな変化が、それを近隣に蹴り込みます流線。

プーさんスティック2

ここで、モミの実は右上隅近くに落とされました。それは多かれ少なかれ流線に沿っていました-それは収束して流れ落ちて左に流れますが、途中で少し迂回しました。


「自己回帰プロセス」(ARプロセス)は、特定のフローのように動作すると考えられる一連の数字です。2次元の図は、各数値がその2つの先行する値とランダムな「迂回」によって決定されるプロセスに対応します。類推は、シーケンス内の連続する各ペアをストリーム内のポイントの座標として解釈することによって行われます。一瞬一瞬、ストリームの流れは、ARプロセスによって与えられるのと同じ数学的な方法でfirコーンの座標を変更します。

firコーンが占める各ポイントの座標を書き込み、各座標セットの最後の数を除くすべてを消去することにより、フローベースの画像から元のプロセスを復元できます。

自然、特にストリームは、ARプロセスに対応するフローよりも豊富で多様です。シーケンス内の各番号は、ランダムな迂回部分を除き、同じ固定された方法でその前身に依存すると想定されるため ARプロセスを示すフローは限られたパターンを示します。ここに見られるように、それらは確かに小川のように流れるように見えます。また、排水溝の周りを渦巻くように見えることもあります。流れは逆方向に発生する可能性があり、排水口から外側に噴出するように見えます。また、2つの水源が互いにぶつかり合うように見えます。2つの水源が互いに直接流れてから、横に分かれています。しかし、それはそれについてです。たとえば、渦が横に流れるような流れるような流れを作ることはできません。ARプロセスはそのためには単純すぎます。

プーさんスティック3

このフローでは、firコーンは右下隅に落とされ、受けた位置がわずかにランダムに変化したにもかかわらず、すぐに右上の渦に運ばれました。しかし、それは忘却からそれを救うそれらの同じランダムな動きのために、移動を完全に止めることは決してありません。firコーンの座標は、ビットの周りを動きます。実際、渦の中心の座標の周りで全体的に振動しているように見えます。最初のストリームフローでは、座標は必然的にストリームの中心に沿って進行しました。これにより、コーンがすばやくキャプチャされ、ランダムな迂回で速度が低下するよりも速くコーンが運び去られました。 対照的に、渦の周りを旋回することは静止していることを例示しますfirコーンがキャプチャされるプロセス。流れの中を流れ去り、円錐は見えないように流れます-トレンド-は静止していません。

ちなみに、ARプロセスのフローが下流に移動すると、それも加速します。 コーンがそれに沿って移動するにつれて、より速くなります。

ARフローの性質は、いくつかの特別な「特徴的な」方向によって決定されます。これは通常、ストリームダイアグラムで明らかです。ストリームラインは、これらの方向に向かって収束するか、これらの方向から来るようです。ARプロセスの係数と同じ数の特性方向を常に見つけることができます。これらの図では2つです。各特性方向に関連付けられているのは、数値、その「ルート」または「固有値」です。数のサイズが1未満の場合、その特徴的な方向のフローは中央の場所に向かっています。ルートのサイズが1よりも大きい場合、フローは中央の場所から加速さます。1-コーンに影響するランダムな力によって支配されます。それは「ランダムウォーク」です。コーンはゆっくりとさまよいますが、加速することはありません。

(一部の図では、タイトルに両方のルートの値が表示されています。)

非常に小さな脳のクマであるプーでさえ、すべての流れが1つの渦または渦に向かっている場合のみ、流れが彼のモミの実を捕えることを認識するでしょう。そうしないと、これらのランダムな迂回の1つで、コーンは最終的にフローのその部分の影響下にあり、大きさがを超えるルートになり、そこから下流に流れ出て永久に失われます。その結果、ARプロセスは、すべての特性値のサイズが1未満の場合にのみ静止することができます1

おそらくエコノミストは、時系列の最大のアナリストであり、ARプロセステクノロジーの使用者です。それらの一連のデータは通常、見えないところで加速しません。したがって、懸念されるのは、値が大きさになる可能性のある特徴的な方向、つまり「ユニットルート」があるかどうかだけです。データがこのようなフローと一致しているかどうかを知ることは、経済学者に彼のプースティックの潜在的な運命について、つまり将来何が起こるかについて多くを伝えることができます。そのため、ユニットルートをテストすることが重要になる場合があります。Wikipediaのすばらしい記事で、その意味のいくつかを説明しています。1

プーと彼の友人は、定常性の実証的テストを見つけました。

ある日、プーとピグレット、ウサギとルーが一緒にプースティックをプレイしていました。ラビットが「Go!」と言ったとき、彼らは棒を落としました。そして、彼らは橋の反対側に急いで行きました、そして、今、彼らは誰が最初に出るかを見るのを待って、端に寄りかかっていました。しかし、その日は川がとても怠けていたので、長い時間がかかりました。

「私のものが見える!」泣いた。「いいえ、できません、他の何かです。あなたはあなたの子を見ることができますか、ピグレット? 」

「いいえ」プーは言った。

「スティックが動かなくなると思います」とルーは言いました。「うさぎ、私のスティックが立ち往生しています。あなたのスティックが立ち往生していますか?

「彼らはいつもあなたが思っているよりも時間がかかります」とラビットは言いました。

1928年からのこの一節は、最初の「ユニットルーテスト」と解釈できます。


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最後の行に謝罪。
whuber

23
+1 @whuber:このサイトに新しい標準を設定したと思います。ダイアグラムとくまのプーさんが関係しない将来の直感的な説明には、非常に失望します。
ウェイン

6
@whuber数学を回避する単位根の非常に面白い説明。そのために+1。しかし、説明を行うには本の章が必要だったようです。また、読者は、1の根が定位の境界を示すと信じる必要があります。多項式を伴う数学を必然的に伴うと思うことを示すため。「Unit Root」に代わる「Unit Roo」の終わりの駄洒落は貴重でした。
マイケルチャーニック

4
ルートのサイズとプロセスの動作の間の接続は、多項式がなぜここで赤いニシンであるかを示す別の引数で簡単に作成できます。ルートは成長率です。これは、を超えるマグニチュードの数を乗算するとマグニチュードが増加するなどの事実に帰着します。説明の長さに関するあなたのポイントはマークにあります。コンテキストを想像してみてください:友人や家族がのんびりチャット中にこの質問をします。答えをいくつかの方程式に限定しますか、それとも、彼らが本当に理解するのを助けるために穏やかに広がりますか?1
whuber

4
別の素晴らしい答え。私はあなたの投稿を読んで、手元のトピックについてすでに十分な理解を持っていたとしても、しばしば物事を学びます。
マクロ

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2つのプロセスを想像してください。AR(1)

  • プロセス1:vk=0.5vk1+ϵk1
  • プロセス2:vk=vk1+ϵk1
  • ϵiはから引き出されますN(0,1)

プロセス1にはユニットルートがありません。プロセス2にはユニットルートがあります。これは、マイケルの回答ごとに特性多項式を計算することで確認できます。

両方のプロセスをゼロ、つまりで開始すると想像してください。ここで、正のイプシロンの「良好な実行」があるときに何が起こるかを想像し、両方のプロセスがなることを想像してください。v1=0v10=5

次は何が起こる?シーケンスはどこに行くのでしょうか?

と想定してい。したがって、プロセス1のケースでは、、などになると予想されます。ϵi=0v11=2.5v12=1.25v13=0.625

ただし、プロセス2では、、、などになります。v11=5v12=5v13=5

そのため、直観の1つは、「幸運/不運」がユニットルートを持つプロセスをプッシュすると、シーケンスは歴史的な幸運または不運によって「定位置に留まる」ことです。それでもランダムに移動しますが、「強制的に戻す」ことはありません。一方、ユニットのルートがなく、プロセスが爆発しない場合、プロセスに「力」があり、プロセスを古い位置にドリフトさせますが、ランダムノイズはそれを少しノックします。

「行き詰まり」には、減衰のない振動が含まれる場合があります。簡単な例は、です。これは正から負へと前後に跳ね返りますが、振動は無限に爆発するか、ゼロまで減衰するように予定されていません。より複雑な種類の振動を含む、より多くの形式の「行き詰まり」を得ることができます。vk=vk1+ϵk1


良い答えはパトリック。素晴らしく直観的な議論をドームで囲みますが、数学は無効ではありません。
マイケルチャーニック

@Patrick Caldon:素晴らしい答えもあり、マイケル・チャーニックも非常にお世辞になりました。彼の答えで言ったように、私はこれらの「直観的な数学的」説明方法も好きです!
ルーカスレイズ

11
+1:くまのプーさんについては言及していませんが、それでもなお実例です。
ウェイン

34

1次自己回帰プロセス をます。ここで、はホワイトノイズです。モデルは、として片側のすべてので表現することもでき

Xt=aXt1+et
etX
XtaXt1=et.

バックシフト演算子を使用すると、モデルをコンパクトにまたはとして再表現でき 特性多項式はです。これには、 aに(一意の)ルートがます。次に、には定常プロセスがあり、には爆発性の非定常プロセスがあります。場合非定常であるランダムウォークと単位根 1/1ます。したがって、単位根は定常性と非定常性の境界を形成します。BXt=Xt1XtaBXt=et

(1aB)Xt=et.
1axx=1/a|a|<1AR(1)|a|>1AR(1)a=1x=1/1=1AR(1) モデル(線形特性多項式による)は、最も簡単に説明できます。

4
私はまだ私がこのテーマについて読んだすべては可能性を無視する理由を把握しようとしているまたは、より一般的には、特性多項式の根は同じにすることなく、単位長さを持つことができるという可能性に鈍感で表示されます。あなたはおそらくこれにいくらか光を当てることができますか?a11
whuber

1
おそらくこれは直観にもっと焦点を合わせたかもしれないが、私はそれが下票に値するとは思わない。私の観点からは、実際にはユニットルートの非常に明確で簡潔なステートメントです。
グング

1
ビルはそうは思わない。絶対値が1より大きい場合、ルートは単位円の外側にあります。したがって、a <-1はa> 1と同じように非定常です。単位円内では、モデルは静止しています。外は非定常です。単位円は境界です。私の答えでは、絶対値記号をaの周りに置くべきでした。私の説明はあなたが見つけることができるほど簡単ではありませんか?誰かが実際にそれをダウン票した!
マイケルチャーニック

2
@MichaelChernick:数学のない直感的な答えがすべての場合に可能かどうかは本当にわかりません。あなたのような「直感的な数学」の答えも素晴らしいです!私の意見では、数学の議論を避けようとすることは、統計的概念をよりよく理解するだけでなく、数学の議論をよりよく理解するための強力なツールです!;)
ルーカスレイズ

6
マイケル、@ Lucas OPであることに注意してください。:
枢機
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