EKSAMEN I TMA4285 TIDSREKKEMODELLER Fredag 7. desember 2012 Tid: 09:00 13:00

Like dokumenter
EKSAMEN I TMA4285 TIDSREKKJEMODELLAR Fredag 7. desember 2012 Tid: 09:00 13:00

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

Matematisk statistikk og stokastiske prosesser B, høsten 2006 Oppgavesett 5, s. 1. Oppgave 1. Oppgave 2. Oppgave 3

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

Eksamensoppgave i TMA4245 Statistikk

Matematisk statistikk og stokastiske prosesser B, høsten 2006 Løsninger til oppgavesett 5, s. 1. Oppgave 1

EKSAMEN I TMA4315 GENERALISERTE LINEÆRE MODELLER

EKSAMEN I TMA4240 Statistikk

EKSAMEN I EMNE TMA4265/SIF5072 STOKASTISKE PROSESSER Onsdag 10. august 2005 Tid: 09:00 13:00

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA / NEI Hvis JA: ca. Kl 10.00

Eksamensoppgave i TMA4245 Statistikk

EKSAMEN I TMA4315 GENERALISERTE LINEÆRE MODELLER

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

EKSAMEN I ST2101 STOKASTISK MODELLERING OG SIMULERING Onsdag 1. juni 2005 Tid: 09:00 14:00

Eksamensoppgave i ST0103 Brukerkurs i statistikk

Eksamensoppgåve i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

Eksamensoppgave i Løsningsskisse TMA4240 Statistikk

EKSAMEN I TMA4245 STATISTIKK Tysdag 21. mai 2013 Tid: 09:00 13:00 (Korrigert )

Eksamensoppgave i TMA4240 / TMA4245 Statistikk

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

EKSAMEN I FAG TMA4240/TMA4245 STATISTIKK

EKSAMEN I EMNE TMA4245 STATISTIKK

EKSAMEN I FAG TMA4240 STATISTIKK

TMA4245 Statistikk Eksamen desember 2016

Eksamensoppgave i TMA4245 Statistikk

EKSAMEN I FAG TMA4240/TMA4245 STATISTIKK Lørdag 10. august 2013

Eksamensoppgave i ST0103 Brukerkurs i statistikk

EKSAMEN I EMNE TMA4245 STATISTIKK

EKSAMEN I TMA4315 GENERALISERTE LINEÆRE MODELLAR

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

Eksamensoppgave i TMA4265 Stokastiske prosesser

EKSAMEN I FAG TMA4275 LEVETIDSANALYSE

Eksamensoppgåve i TMA4245 Statistikk

Løsningsforslag. MOT 110 Matematisk statistikk og stokastiske prosesser B, høst Oppgave 1

Eksamensoppgåve i TMA4240 Statistikk

EKSAMEN I TMA4300 BEREGNINGSKREVENDE STATISTIKK Torsdag 16 Mai, 2013

HØGSKOLEN I STAVANGER

EKSAMEN I EMNE TMA4315 GENERALISERTE LINEÆRE MODELLER

Eksamensoppgåve i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i TMA4110/TMA4115 Calculus 3

Eksamensoppgave i TMA4295 Statistisk inferens

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i TMA4267 Lineære statistiske modeller

Eksamensoppgave i TMA4275 Levetidsanalyse

EKSAMEN I FAG TMA4275 LEVETIDSANALYSE Xxxdag xx. juni 2008 Tid: 09:0013:00

EKSAMEN I EMNE SIF5072 STOKASTISKE PROSESSER Onsdag 31. juli 2002 Tid: 09:00 14:00

Eksamensoppgave i TMA4267 Lineære statistiske modeller

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FAG TMA4260 INDUSTRIELL STATISTIKK

TMA4245 Statistikk Eksamen august 2014

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4265 Stokastiske prosesser ST2101 Stokastisk simulering og modellering

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4240 Statistikk Eksamen desember 2015

Eksamensoppgåve i ST0103 Brukarkurs i statistikk

Eksamensoppgåve i TMA4240 / TMA4245 Statistikk

Eksamensoppgave i TMA4255 Anvendt statistikk

Oppgave 1. X 1 B(n 1, p 1 ) X 2. Vi er interessert i forskjellen i andeler p 1 p 2, som vi estimerer med. p 1 p 2 = X 1. n 1 n 2.

EKSAMEN I FAG TMA4275 LEVETIDSANALYSE Lørdag 4. juni 2005 Tid: 09:00 13:00

EKSAMEN I TMA4245 Statistikk

EKSAMEN I FAG 75510/75515 STATISTIKK 1 Tirsdag 20. mai 1997 Tid: 09:00 14:00

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I EMNE SIF5072 STOKASTISKE PROSESSER Lørdag 16. august 2003 Tid: 09:00 14:00

TMA4265 Stokastiske prosesser

Eksamensoppgave i TMA4275 Levetidsanalyse

EKSAMEN I FAG TMA4255 FORSØKSPLANLEGGING OG ANVENDTE STATISTISKE METODER

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4240 Statistikk Høst 2007

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Mandag 6. juni 2011 løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Eksamensoppgave i TMA4255 Anvendt statistikk

EKSAMENSOPPGAVE. B154 «Tabeller og formler i statistikk» av Kvaløy og Tjelmeland. To A4-ark (4 sider) med egne notater. Godkjent kalkulator.

EKSAMEN I FAG TMA4275 LEVETIDSANALYSE Mandag 27. mai 2013 Tid: 09:00 13:00

TMA4265 Stokastiske prosesser

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4245 Statistikk Eksamen desember 2016

Prøvemidtveiseksamen TMA4240 Statistikk H2004

Eksamensoppgave i TMA4250 Romlig Statistikk

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Fredag 4. desember 2009 løsningsforslag

Oppgave 1. Det oppgis at dersom y ij er observasjon nummer j fra laboratorium i så er SSA = (y ij ȳ i ) 2 =

Eksamensoppgave i TMA4255 Anvendt statistikk

Emnenavn: Eksamenstid: 4 timer. Faglærer: Hans Kristian Bekkevard

EKSAMEN I NUMERISK LINEÆR ALGEBRA (TMA4205)

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

EKSAMEN I FAG TMA4315 GENERALISERTE LINEÆRE MODELLER Torsdag 14. desember 2006 Tid: 09:0013:00

HØGSKOLEN I STAVANGER

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Onsdag 30. mai 2007 kl

TMA4245 Statistikk. Innlevering 3. Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 6 SIDER MERKNADER: Alle deloppgaver vektlegges likt.

i=1 t i +80t 0 i=1 t i = 9816.

Dato: fredag 14 desember 2007 Lengde på eksamen: 4 timer Tillatte hjelpemidler: ingen. 1 Diskret tilstandsrommodell 2. 2 Stående pendel 4

+ S2 Y ) 2. = (avrundet nedover til nærmeste heltall) n Y 1

TMA4240 Statistikk Høst 2009

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Eksamensoppgåve i TMA4267 Lineære statistiske modellar

Transkript:

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Side 1 av 8 Bokmål Faglig kontakt under eksamen: John Tyssedal 73593534/41645376 EKSAMEN I TMA4285 TIDSREKKEMODELLER Fredag 7. desember 2012 Tid: 09:00 13:00 Hjelpemidler: Kalkulator HP30S, CITIZEN SR-270X eller CITIZEN SR-270X College. Statistiske tabeller og formler, Tapir forlag. K. Rottman: Matematisk formelsamling. Et gult ark (A5 med stempel) med egne håndskrevne formler og notater. Sensur senest ferdig mandag 7. januar 2013. Merk: Alle svar skal begrunnes! Merk: Kalmanfilterligningene er oppgitt på siste side av oppgavesettet. Oppgave 1 Betrakt en ARMA(1,2)-modell med forventning lik null, (1 ϕ 1 B)z t = (1 θ 1 B θ 2 B 2 )a t, der ϕ 1, θ 1 og θ 2 er parametre, B betegner backshift-operatoren, dvs. B k z t = z t k, og {a t } er hvit støy med forventning lik null og Var(a t ) = σ 2 a. a) Hva betyr det at {z t } er invertibel? Er {z t } invertibel når ϕ 1 = 1 2, θ 1 = 1 2 og θ 2 = 1 4? Hva betyr det at {z t } er kovarians-stasjonær? Er {z t } kovarians-stasjonær når ϕ 1 = 1 2, θ 1 = 1 2 og θ 2 = 1 4?

Side 2 av 8 Vi antar i resten av denne oppgaven at {z t } er både invertibel og kovarians-stasjonær. Som kjent betyr dette spesielt at {z t } har en MA( )-representasjon, z t = ψ(b)a t. b) Utled formler for koeffisientene {ψ j } j=0 og vis at de kan skrives på formen ψ 0 = 1,ψ 1 = θ 1 ϕ 1 og ψ j = ϕ j 2 1 ((θ 1 ϕ 1 )ϕ 1 +θ 2 ) for j = 2,3,... c) Fra MA( )-representasjonen av {z t } gitt over, vis at variansen til z t er gitt ved γ 0 = σa [1+(θ 2 1 ϕ 1 ) 2 + ((θ ] 1 ϕ 1 )ϕ 1 +θ 2 ) 2. 1 ϕ 2 1 Fra den samme MA( )-representasjonen utled også en tilsvarende formel for γ 1. Oppgave 2 Et plott av en observert tidsrekke z t er vist i øverste venstre hjørne av figur 1. Samme figur viser også estimert autokorrelasjonsfunksjon og partiell autokorrelasjonsfunksjon for z t, samt den observerte tidsrekken etter en gangs differensiering og estimert autokorrelasjonsfunksjon og partiell autokorrelasjonsfunksjon for den differensierte tidsrekken. Videre i oppgaven skal vi forutsette at vi ønsker å tilpasse en ARIMA(p,d,q)-modell til z t. a) Ut fra plottene i figur 1 diskuter hvilke (tentative) verdier av p, d og q du finner naturlig å benytte. Dersom du konkluderer med at du vil forsøke med en modell hvor d > 0, diskuter ut fra plottene i figur 1 også hvorvidt du vil inkludere en deterministisk trendparameter, θ 0, i modellen. Husk å begrunne dine valg! Uavhengig av ditt svar i spørsmålet over, anta at man velger å tilpasse hele seks modeller: ARI- MA(1,1,0), ARIMA(2,1,0), ARIMA(3,1,0), ARIMA(1,1,1), ARIMA(1,1,2) og ARIMA(1,1,3), alle uten deterministisk trendparameter. Estimerte parameterverdier med tilhørende standardavvik for de seks modellene er gitt i tabell 1 og plott av estimerte residualer og estimert autokorrelasjonsfunksjon for de estimerte residualene er vist i figur 2. b) Basert på resultatene i tabell 1 og figur 2, diskuter kort for hver av de seks ARIMAmodellene hvorvidt den tilhørende estimerte modellen er en rimelig modell for den observerte tidsrekken. Hvilken av de seks ARIMA-modellene vil du velge som modell for den observerte tidsrekken?

Side 3 av 8 20 0 10 20 30 40 0.5 0.0 0.5 1.0 1 5 10 15 20 z t acf for z t pacf for z t 4 2 0 2 4 6 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 5 10 15 20 z t+1 z t acf for z t+1 z t pacf for z t+1 z t Figur 1: Øvre rad: Observert tidsrekke z t, samt tilhørende estimert autokorrelasjonsfunksjon og partiell autokorrelasjonsfunksjon. Nedre rad: Tidsrekken z t etter differensiering, samt tilhørende estimert autokorrelasjonsfunksjon og partiell autokorrelasjonsfunksjon.

Side 4 av 8 ARIMA(1,1,0) ARIMA(2,1,0) ARIMA(3,1,0) verdi st. avvik verdi st. avvik verdi st. avvik ϕ 1 0.794 0.042 0.993 0.068 1.007 0.071 ϕ 2-0.251 0.069-0.304 0.099 ϕ 3 0.054 0.071 σa 2 1.084 1.016 1.013 log-like -292.36-285.94-285.66 AIC 588.71 577.89 579.32 ARIMA(1,1,1) ARIMA(1,1,2) ARIMA(1,1,3) verdi st. avvik verdi st. avvik verdi st. avvik ϕ 1 0.673 0.064 0.690 0.084 0.609 0.123 θ 1 0.350 0.084 0.330 0.107 0.398 0.130 θ 2-0.0267 0.093 0.078 0.136 θ 3 0.105 0.101 σa 2 1.008 1.007 1.002 log-like -285.14-285.10-284.60 AIC 576.29 578.20 579.21 Tabell 1: Estimerte parameterverdier med tilhørend standardavvik, samt optimal log-likelihood og AIC-verdier for de seks modellene: ARIMA(1,1,0), ARIMA(2,1,0), ARIMA(3,1,0), ARI- MA(1,1,1), ARIMA(1,1,2) og ARIMA(1,1,3).

Side 5 av 8 ARIMA(1,1,0) ARIMA(2,1,0) ARIMA(3,1,0) 3 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ARIMA(1,1,1) ARIMA(1,1,2) ARIMA(1,1,3) Figur 2: Estimerte residualer, med tilhørende estimerte autokorrelasjonsfunksjon for de seks modellene: ARIMA(1,1,0), ARIMA(2,1,0), ARIMA(3,1,0), ARIMA(1,1,1), ARIMA(1,1,2) og ARIMA(1,1,3).

Side 6 av 8 Oppgave 3 I denne oppgaven skal vi betrakte tilstandsmodeller (state-space models) på formen x t+1 = Φx t +w t+1 og y t = Ax t +v t for t = 0,1,..., (1) der x 0 N(µ 0,Σ 0 ), w t N(0,Q) og v t N(0,R), samt at x 0, w t,t = 1,2,... og v t,t = 0,1,... alle antas uavhengige av hverandre. a) Reformuler følgende prosesser til tilstandsmodeller gitt på formen i ligning (1), dvs. spesifiser vektorer og matriser x t, y t, Φ, A, Q og R for hver av de to modellene, 1) z t = 0.9z t 1 +a t, u t = 0.5(z t +z t 1 )+b t, 2) z t = 0.9z t 1 +0.5z t 2 +a t, r t = 0.5(r t 1 +z t 1 )+b t, u t = 0.5(r t +z t )+c t. Her er z t,a t,u t,b t, r t og c t alle skalare størrelser, {a t }, {b t } og {c t } er uavhengige normalfordelte hvit-støy-prosesser med forventning null og varians henholdsvis σ 2 a, σ 2 b og σ2 c, og i begge tilfeller observerer man kun prosessen {u t }. Videre i oppgaven skal vi anta at vi har en skalar tilstandsmodell på formen gitt i ligning (1), slik at x t, y t, Φ, w t, Q, A, v t, R, µ 0 og Σ 0 alle er skalare. b) Anta i dette punktet at Φ = 1, A = 2 og R = 1, og at P = lim 2 t Pt t eksisterer, der Pt t = Var[x t y 0,...,y t ]. Vis ved å ta utgangspunkt i kalmanfilterligningene gitt på siste side av dette oppgavesettet at ( P = 2Q+ 3 ) ( + Q+ 2Q+ 3 2. 8 8) Skisser P som funksjon av Q. Med utgangspunkt i tilstandsmodellen som her benyttes, gi en intuitiv forklaring på den kvalitative oppførselen av P som funksjon av Q. Forklar spesielt hvorfor verdien P får når Q = 0 er rimelig.

Side 7 av 8 c) For en skalar tilstandsmodell på formen gitt i ligning (1), benytt egenskaper til multinormalfordelingen til å forklare hvorfor den betingede fordelingen for x t+1 gitt y 0,...,y t er en normalfordeling. Forklar tilsvarende at den betingede fordelingen til x t+1 gitt y 0,...,y t,y t+1 også er en normalfordeling. Benytt dette til å utlede formler for som funksjon av x t+1 t+1 = E[x t+1 y 0,...,y t+1 ] og P t+1 t+1 = Var[x t+1 y 0,...,y t+1 ] x t t+1 = E[x t+1 y 0,...,y t ], P t t+1 = Var[x t+1 y 0,...,y t ] og størrelsene som definerer tilstandsmodellen. [Merk at du i dette punktet ikke skal benytte deg av de generelle kalmanfilterligningene oppgitt på siste side av oppgavesettet.]

Side 8 av 8 Vedlegg: Kalmanfilterligningene (i notasjonen benyttet på forelesningene): x t t+1 = Φx t t Pt+1 t = ΦPt t φt +Q x t+1 t+1 = x t t+1 +K t+1 (y t+1 A t+1 x t t+1) Pt+1 t+1 = [I K t+1 A t+1 ]Pt+1 t K t+1 = Pt+1 t AT t+1 [A t+1pt+1 t AT t+1 +R] 1