Сглаживание временных рядов с помощью скользящей средней

Важной задачей, возникающей при анализе рядок динамики, является определение основной тенденции в развитии исследуемо­го явления. В некоторых случаях общая тенденция ясно прослежи­вается в динамике показателя, в других ситуациях она может не про­сматриваться из-за ощутимых случайных колебаний. Например, отдельные моменты времени сильные колебания в курсах акции мо­гут заслонить наличие тенденции к росту или снижению этого по­казателя.

На практике для обнаружения общей тенденции часто используют простой прием укрупнения интервалов.

Например, ряд недельных данных можно преобразовать в ряд месячной динамики, ряд квартальных данных заменить годовыми уровнями. Уровни ново­го ряда могут быть получены суммированием уровней исходного ряда либо могут представлять средние значения. Распространенным приемом при выявлении тенденции развития является сглаживание временного ряда. Суть различных приемов сглаживания сводится к замене фактических уровней временного ряда расчетными уровня­ми, которые в меньшей степени подвержены колебаниям. Это спо­собствует более четкому проявлению тенденции развития.

Скользящие средние позволяют сгладить как случайные, так и периодические колебания, выявить имеющуюся тенденцию в раз­витии процесса. Они являются важным инструментом при фильт­рации компонент временного ряда.

Алгоритм сглаживания по простой скользящей средней может быть представлен в виде следующей последовательности шагов.

1.

 

 

При этом удобно брать длину интервала сглаживания g в виде нечетного числа: g = 2р + 1, ибо в этом случае полученные значения скользящей средней приходятся на средний член интервала. Наблю­дения, которые берутся для расчета среднего значения, называются активным участком сглаживания.

 

Простая скользящая средняя учитывает все уровни ряда, входя­щие в активный участок сглаживания. Это вызвано тем, что при простой скользящей средней выравнивание на каждом активном участке производится по пря­мой (по полиному первого порядка). При сглаживании же по взве­шенной скользящей средней используются полиномы чаще всего 2-го или 3-го порядков. Поэтому метод простой скользящей сред­ней может рассматриваться как частный случай метода взвешен­ной скользящей средней.

 

Весовые коэффициенты определяются методом наименьших квадратов. При этом нет необходимости каждый раз заново вычис­лять весовые коэффициенты при уровнях ряда, входящих в актив­ный участок сглаживания, поскольку они будут одинаковыми для каждого активного участка.

 

В таблице 20 представлены весовые коэффициенты в зависимос­ти от длины интервала сглаживания (при сглаживании по полино­му 2-го или 3-го порядка).

 

Так как веса симметричны относительно центрального уровня, то в таблице использована символическая запись: приведены весы для половины уровней активного участка; выделен (полужирным шрифтом) вес, относящийся к уровню, стоящему в центре участка сглаживания. Для оставшихся уровней веса не приводятся, так как они могут быть симметрично отражены.

 

Отметим важные свойства весовых коэффициентов: 1) они сим­метричны относительно центрального уровня; 2) сумма весов с уче­том общего множителя, вынесенного за скобки, равна единице; 3) на­личие как положительных, так и отрицательных весов, позволяет сгла­женной кривой сохранять различные изгибы кривой тренда.

 

 

Таблица 20 – Весовые коэффициенты для взвешенной скользящей средней

 

Интервал сглаживания	Весовые коэффициенты

 

 

ЗАДАЧА 22: По данным таблицы 21 о пассажирообороте за 16 лет (цифры условные) рассчитайте: а) трёх, семилетние скользящие средние и графически сравните результаты; б) пятилетнюю взвешенную скользящую среднюю.

 

Таблица 21 – Расчёт скользящих средних

 

t	yt	Скользящие средние	Взвешенная скользящая средняя g = 5
g = 3	g = 7
	10,5
	15,8
	8,6
	15,9
	15,6
	17,4
	16,2
	21,5
	18,6
	8,6
	16,2
	17,4
	18,6
	16,9
	18,7
	20,7

 

а) При трёхлетней скользящей средней:

 

 

При семилетней скользящей средней:

 

 

Анализ графиков:

 

б) Вычисление пятилетней взвешенной скользящей средней:

 

Внеаудиторная самостоятельная работа: решить задачу 23.

 

ЗАДАЧА 23: По данным таблицы 22 о грузообороте железной дороги за 13 лет (цифры условные) рассчитайте: а) пятилетнюю скользящую среднюю; б) семилетнюю взвешенную скользящую среднюю.

Таблица 22 – Расчёт скользящих средних

t	yt, тыс.т км	Скользящая средняя g = 5	Взвешенная скользящая средняя g = 7
	9,6
	11,3
	8,6
	9,1
	8,0
	9,8
	11,5
	12,6
	9,7
	13,2
	14,8
	15,6
	16,1

 

Анализ: