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Análisis clásico de las series temporales Análisis estadístico de series económicas Xavier Barber Departamento de Estadística, Matemáticas e Informática Centro de Investigación Operativa Universitas Miguel Hernández de Elche 09/Feb/2019 Xavier Barber (@umh1465) Modelos Clásicos 09/Feb/2019 1 / 79

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Análisis clásico de las series temporalesAnálisis estadístico de series económicas

Xavier BarberDepartamento de Estadística, Matemáticas e Informática

Centro de Investigación OperativaUniversitas Miguel Hernández de Elche

09/Feb/2019

Xavier Barber (@umh1465) Modelos Clásicos 09/Feb/2019 1 / 79

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Índice de contenidos1 Series Temporales

2 Ajuste Estacional

3 Descomposicón STL

4 Predicción y Descomposición

5 Suavizado exponencial simple (SES)

6 Métodos de tendencia7 Métodos estacionales8 ETS con R

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Series Temporales

Series Temporales

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Series Temporales

Patrones en las series temporalesRecordatorio (Modelo ETS: Error, Trend and Seasonality)

Tendencia: patrón existente cuando hay un incremento odecremento a largo plazo en los datos

Ciclo: patrón existente cuando los datos muestransubidas y bajadas que no son de período fijo(duración generalmente ≥ 2 años).

Estacionalidad: patrón existente cuando una serie estáinfluenciada por un factor estacional(trimestres, mes, día de la semana)

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Series Temporales

Descomposición de una serie temporalyt = f(St, Tt, Rt)

donde yt = data en el periodo tTt = componente tendencia-ciclo en el peri-

odo tSt = componente estacional en el perido tRt = componente "restante" en el periodo t

Descomposición Aditiva: yt = St + Tt +Rt.Descomposición Multiplicativa: yt = St × Tt ×Rt.

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Series Temporales

Descomposición de una serie temporalyt = f(St, Tt, Rt)

donde yt = data en el periodo tTt = componente tendencia-ciclo en el peri-

odo tSt = componente estacional en el perido tRt = componente "restante" en el periodo t

Descomposición Aditiva: yt = St + Tt +Rt.Descomposición Multiplicativa: yt = St × Tt ×Rt.

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Series Temporales

Descomposición de una serie temporalEl modelo Aditivo apropiado si la magnitud de lasfulctuaciones estacionales no varía con el nivel.Si la estacionalidad es proporcional al nivel de la serie, elmodelo Multiplicativo es más apropiado. Muy habitualen las series económicas.

Trasformar los datos (Box-Cox) y usar un modelo aditivo.Tomar logaritmos convierte una relación multiplicativa enaditiva.

yt = St×Tt×Et ⇒ log yt = logSt +log Tt +logRt.

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Series Temporales

Euro-equipamiento eléctricofit <- stl(elecequip, s.window = 7)autoplot(fit) + xlab("Año")

data

tren

dse

ason

alre

mai

nder

2000 2005 2010

60

80

100

120

80

90

100

110

−20

−10

0

10

−4

0

4

Año

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Series Temporales

Euro-equipamiento eléctricoautoplot(elecequip, series="Datos") +

autolayer(trendcycle(fit), series="Tend.-ciclo")

60

80

100

120

2000 2005 2010

Time

elec

equi

p series

Datos

Tend.−ciclo

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Series Temporales

Funciones a recordarseasonal() extrae la componente estacional.trendcycle() componente tendencia-ciclo.remainder() compoenente “restante”.seasadj() ajusta componente estacional.

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Ajuste Estacional

Ajuste Estacional

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Ajuste Estacional

Ajuste estacionalDescomposición aditiva: datos estacionalesajustados por

yt − St = Tt +Rt

Estacionalidad multiplicativa: datos estacionalesajustados por

yt/St = Tt ×Rt

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Ajuste Estacional

Euro-equipamiento eléctricofit <- stl(elecequip, s.window=7)autoplot(elecequip, series="Datos") +

autolayer(seasadj(fit), series="Estacion. ajustada")

60

80

100

120

2000 2005 2010

Year

índi

ce d

e nu

evos

ped

idos

x

series

Datos

Estacionalidad ajust.

Manufacturación de equipos eléctricos (Euro area)

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Ajuste Estacional

Ajuste de la estacionalidadSe usan las estimaciones de St basadas en valorespasados para ajustar la estacionalidad de un valoractual.Las series ajustadas estacionalmente reflejan Restosy también tendencia. Por lo tanto, no son series“suaves” y puede haber “subidas” y “bajadas”engañosas.Es mejor utilizar la componente Tendencia-ciclopara mirar los puntos de inflexión.

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Ajuste Estacional

La estacionalidad en la vida real

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Ajuste Estacional

Empleos en el sector turístico (afiliación)

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2000 2005 2010 2015

Año

Mile

s

Total empleados

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Ajuste Estacional

Empleos desde 2009

1800

2000

2200

2400

2010 2012 2014 2016 2018

Año

Mile

s

Total empleados

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Ajuste Estacional

Empleo (turismo) 20009-2018ggseasonplot(window(x,start=c(2009,1)),

year.labels=TRUE) +ggtitle("Total empleados") + ylab("Miles")

20092010201120122013

2014

2015

2016

2017

2018

1800

2000

2200

2400

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Month

Mile

s

Total empleados

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Ajuste Estacional

Empleos en el sector turístico 2009-x %>% window(start=2009) %>%stl(s.window=11, robust=TRUE) -> fit

autoplot(fit)

data

tren

dse

ason

alre

mai

nder

2010 2012 2014 2016 2018

1800

2000

2200

2400

20002100220023002400

−150−100−50

050

100150

−40

0

40

Time

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Ajuste Estacional

Empleos: ajuste estacional 2014-2016

−150

−100

−50

0

50

100

150

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Mes

Componente estacional

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Ajuste Estacional

Empleos en el sector turístico 2009-2017autoplot(seasadj(fit))

2000

2200

2400

2010 2012 2014 2016 2018

Time

seas

adj(f

it)

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Descomposicón STL

Descomposicón STL

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Descomposicón STL

Descomposicón STLSTL: “Seasonal and Trend decomposition using Loess”.

Muy versatil y robusto.STL se maneja bien con la estacionalidad.La componente estacional puede cambiar en el tiempo, yel ratio de cambio puede contralarla el usuario.El suavizado de la tendencia-ciclo también la controla elusuario.Robusto con los outliers.

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Descomposicón STL

Descomposicón STLSTL: “Seasonal and Trend decomposition using Loess”.

No tiene periodo-calendario.Solo método aditivos.Tomando log si es multiplicativa.Usas la trasnformación Box-Cox para otro tipo dedescomposiciones.

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Descomposicón STL

Descomposicón STLfit <- stl(elecequip, s.window=5, robust=TRUE)autoplot(fit) +

ggtitle("Descomp. STL para el índice de Equip. Eléctric.")

data

tren

dse

ason

alre

mai

nder

2000 2005 2010

60

80

100

120

8090

100110

−20

−10

0

10

−20−10

010

Time

Descomp. STL para el índice de Equip. Eléctric.

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Descomposicón STL

Descomposicón STLfit <- stl(elecequip, s.window="periodic", robust=TRUE)autoplot(fit) +

ggtitle("Descomp. STL para el índice de Equip. Eléctric.")

data

tren

dse

ason

alre

mai

nder

2000 2005 2010

60

80

100

120

80

90

100

110

−10

0

10

−10−5

05

10

Time

Descomp. STL para el índice de Equip. Eléctric.

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Descomposicón STL

Descomposicón STLstl(elecequip,s.window=5)stl(elecequip, t.window=15,

s.window="periodic", robust=TRUE)

t.window controla la ondulación de la componentede la tendencias.window controla la variación de la componentede la estacionalidad

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Descomposicón STL

Descomposición STLelecequip %>% mstl() %>% autoplot()

Data

TrendS

easonal12R

emainder

2000 2005 2010

60

80

100

120

80

90

100

110

−10

0

10

−5

0

5

Time

mstl() elije s.window=13Puede incluirse un argumento lambda (Box-Cox).

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Predicción y Descomposición

Predicción y Descomposición

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Predicción y Descomposición

Predicción y DescomposiciónPredicción de la componente estacional repitiendo ladel año anteriorPredecir con la componentes estacional ajustadausando métodos de series no estacionalesCombinando el ajuste estacional con los datos de laestacionalidad ajustada para obtener predicciones delos datos originalesAlgunas veces la descomposición es útil solo paraenterender los datos antes de crear las predicciones.

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Predicción y Descomposición

Equipamiento eléctricofit <- stl(elecequip, t.window=13, s.window="periodic")fit %>% seasadj() %>% naive() %>%

autoplot() + ylab("Índice de nuevos pedidos") +ggtitle("Predicciones ETS de los datos ajust. estacionalmente")

70

80

90

100

110

120

2000 2005 2010

Time

Índi

ce d

e nu

evos

ped

idos

level

80

95

Predicciones ETS de los datos ajust. estacionalmente

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Predicción y Descomposición

Equipamiento eléctricofit %>% forecast(method='naive') %>%

autoplot() + ylab("Índice de nuevos pedidos") +xlab("Año")

60

80

100

120

2000 2005 2010 2015

Año

Índi

ce d

e nu

evos

ped

idos

level

80

95

Forecasts from STL + Random walk

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Predicción y Descomposición

Predicción y Descomposiciónelecequip %>% stlf(method='naive') %>%

autoplot() + ylab("Índice de nuevos pedidos") +xlab("Año")

60

80

100

120

2000 2005 2010 2015

Año

Índi

ce d

e nu

evos

ped

idos

level

80

95

Forecasts from STL + Random walk

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Predicción y Descomposición

Descomposición e intervalos de predicciónEs común tomar los intervalos de predicción de laspredicciones desestacionalizados y modificarlos conla componente estacional.Esto ignora la incertidumbre en la estimación delcomponente estacional.También ignora la incertidumbre en el futuro patrónestacional.

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Suavizado exponencial simple (SES)

Suavizado exponencial simple (SES)

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Suavizado exponencial simple (SES)

Métodos sencillosSea la serie temporal y1, y2, . . . , yT .Predicciones Random Walk

yT+h|T = yT

Predicciones medias

y|T+h|T = 1T

T∑t=1

yt

Se desea algo intermedio, que le de más peso a los datos másrecientes.El SES utiliza una media móvil con pesos de decrecenexponencialmente.

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Suavizado exponencial simple (SES)

Métodos sencillosSea la serie temporal y1, y2, . . . , yT .Predicciones Random Walk

yT+h|T = yT

Predicciones medias

y|T+h|T = 1T

T∑t=1

yt

Se desea algo intermedio, que le de más peso a los datos másrecientes.El SES utiliza una media móvil con pesos de decrecenexponencialmente.

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Suavizado exponencial simple (SES)

Métodos sencillosSea la serie temporal y1, y2, . . . , yT .Predicciones Random Walk

yT+h|T = yT

Predicciones medias

y|T+h|T = 1T

T∑t=1

yt

Se desea algo intermedio, que le de más peso a los datos másrecientes.El SES utiliza una media móvil con pesos de decrecenexponencialmente.

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Suavizado exponencial simple (SES)

Suavizado exponencial simpleEcuación de predicciónyT+1|T =αyT + α(1− α)yT−1 + α(1− α)2yT−2 + · · · 0 ≤ α ≤ 1

Pesos asignados a las obserrvaciones:Observación α = 0.2 α = 0.4 α = 0.6 α = 0.8

yT 0.2 0.4 0.6 0.8yT−1 0.16 0.24 0.24 0.16yT−2 0.128 0.144 0.096 0.032yT−3 0.1024 0.0864 0.0384 0.0064yT−4 (0.2)(0.8)4 (0.4)(0.6)4 (0.6)(0.4)4 (0.8)(0.2)4

yT−5 (0.2)(0.8)5 (0.4)(0.6)5 (0.6)(0.4)5 (0.8)(0.2)5

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Suavizado exponencial simple (SES)

Suavizado exponencial simpleEcuación de predicciónyT+1|T =αyT + α(1− α)yT−1 + α(1− α)2yT−2 + · · · 0 ≤ α ≤ 1

Pesos asignados a las obserrvaciones:Observación α = 0.2 α = 0.4 α = 0.6 α = 0.8

yT 0.2 0.4 0.6 0.8yT−1 0.16 0.24 0.24 0.16yT−2 0.128 0.144 0.096 0.032yT−3 0.1024 0.0864 0.0384 0.0064yT−4 (0.2)(0.8)4 (0.4)(0.6)4 (0.6)(0.4)4 (0.8)(0.2)4

yT−5 (0.2)(0.8)5 (0.4)(0.6)5 (0.6)(0.4)5 (0.8)(0.2)5

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Suavizado exponencial simple (SES)

Suavizado exponencial simpleForma de las componentes

Ecuación de predicción yt+h|t = `t

Ecuación de suavizado `t = αyt + (1− α)`t−1

`t es el nivel (o valor de suavizado) de la serie en t.yt+1|t = αyt + (1− α)yt|t−1Se itera para obtener la forma de la media móvilponderada exponencialemnte.

Forma de la media ponderada

yT+1|T =T−1∑j=0

α(1− α)jyT−j + (1− α)T `0

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Suavizado exponencial simple (SES)

OptimizaciónSe necesitan valores para α y `0Similar a la regressión — se elije α y `0 minimizandoSSE:

SSE =T∑

t=1(yt − yt|t−1)2.

Como en la regresión la solución no tiene una formacerrada — se usa la optimización numérica.

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Suavizado exponencial simple (SES)

Ejemplo: Producción petrolíferafc <- ses(oildata, h = 5)

Simple exponential smoothing

Call:ses(y = oildata, h = 5)

Smoothing parameters:alpha = 0.8339

Initial states:l = 446.5868

sigma: 29.8282

AIC AICc BIC178.1430 179.8573 180.8141

Point Forecast Lo 80 Hi 80 Lo 95 Hi 95

2014 542.7 504.5 580.9 484.2 601.12015 542.7 492.9 592.5 466.6 618.82016 542.7 483.6 601.8 452.3 633.12017 542.7 475.5 609.8 440.0 645.42018 542.7 468.3 617.0 429.0 656.4

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Suavizado exponencial simple (SES)

Ejemplo: Proudcción petrolíferaYear Time Observation Level Forecast

t yt `t yt+1|t1995 0 446.591996 1 445.36 445.57 446.591997 2 453.20 451.93 445.571998 3 454.41 454.00 451.931999 4 422.38 427.63 454.002000 5 456.04 451.32 427.632001 6 440.39 442.20 451.322002 7 425.19 428.02 442.202003 8 486.21 476.54 428.022004 9 500.43 496.46 476.542005 10 521.28 517.15 496.462006 11 508.95 510.31 517.152007 12 488.89 492.45 510.312008 13 509.87 506.98 492.452009 14 456.72 465.07 506.982010 15 473.82 472.36 465.072011 16 525.95 517.05 472.362012 17 549.83 544.39 517.052013 18 542.34 542.68 544.39

h yT +h|T2014 1 542.682015 2 542.682016 3 542.68

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Suavizado exponencial simple (SES)

Ejemplo: Proudcción petrolíferaautoplot(fc) +

autolayer(fitted(fc), series="Fitted") +ylab("Petróleo (mollones de toneladas)") +xlab("Año")

450

500

550

600

1995 2000 2005 2010 2015

Año

Pet

róle

o (m

ollo

nes

de to

nela

das)

level

80

95

series

Fitted

Forecasts from Simple exponential smoothing

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Métodos de tendencia

Métodos de tendencia

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Métodos de tendencia

Método de tendencia lineal de HoltLas componentes

Predicción yt+h|t = `t + hbt

Nivel `t = αyt + (1− α)(`t−1 + bt−1)Tendencia bt = β∗(`t − `t−1) + (1− β∗)bt−1,

Dos parámetros de suavizado α y β∗ (0 ≤ α, β∗ ≤ 1).Nivel `t: media ponderada entre yt y y la predicción para eltiempo t t, (`t−1 + bt−1 = yt|t−1)La pendiente bt: media ponderada de (`t − `t−1) and bt−1,estimación actual y previa para la pendiente.Elegir α, β∗, `0, b0 que minimice SSE.

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Métodos de tendencia

Método de tendencia lineal de HoltLas componentes

Predicción yt+h|t = `t + hbt

Nivel `t = αyt + (1− α)(`t−1 + bt−1)Tendencia bt = β∗(`t − `t−1) + (1− β∗)bt−1,

Dos parámetros de suavizado α y β∗ (0 ≤ α, β∗ ≤ 1).Nivel `t: media ponderada entre yt y y la predicción para eltiempo t t, (`t−1 + bt−1 = yt|t−1)La pendiente bt: media ponderada de (`t − `t−1) and bt−1,estimación actual y previa para la pendiente.Elegir α, β∗, `0, b0 que minimice SSE.

Xavier Barber (@umh1465) Modelos Clásicos 09/Feb/2019 43 / 79

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Métodos de tendencia

Método de Holt en Rwindow(ausair, start=1990, end=2004) %>%

holt(h=5, PI=FALSE) %>%autoplot()

20

30

40

1990 1995 2000 2005

Time

.

Forecasts from Holt's method

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Métodos de tendencia

Método de tendencia “amortiguado”Componentes

yt+h|t = `t + (φ+ φ2 + · · ·+ φh)bt

`t = αyt + (1− α)(`t−1 + φbt−1)bt = β∗(`t − `t−1) + (1− β∗)φbt−1.

parámetro de amortiguado 0 < φ < 1.Si φ = 1, coincide con el método lineal de Holt.Como h→∞, yT+h|T → `T + φbT/(1− φ).Predicciones a corto plazo contendencia,predicciones a largo plazo son constantes.

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Métodos de tendencia

Método de tendencia “amortiguado”Componentes

yt+h|t = `t + (φ+ φ2 + · · ·+ φh)bt

`t = αyt + (1− α)(`t−1 + φbt−1)bt = β∗(`t − `t−1) + (1− β∗)φbt−1.

parámetro de amortiguado 0 < φ < 1.Si φ = 1, coincide con el método lineal de Holt.Como h→∞, yT+h|T → `T + φbT/(1− φ).Predicciones a corto plazo contendencia,predicciones a largo plazo son constantes.

Xavier Barber (@umh1465) Modelos Clásicos 09/Feb/2019 45 / 79

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Métodos de tendencia

Ejemplo: Pasajeros aéreoswindow(ausair, start=1990, end=2004) %>%

holt(damped=TRUE, h=5, PI=FALSE) %>%autoplot()

20

30

40

50

1990 1995 2000 2005

Time

.

Forecasts from Damped Holt's method

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Métodos de tendencia

Ejemplo: Ovejas en Asia# Ajustamo los tres modeloslivestock2 <- window(livestock, start = 1970, end = 2000)fit1 <- ses(livestock2)fit2 <- holt(livestock2)fit3 <- holt(livestock2, damped = TRUE)

#Comporbamos cual es el mejor (*training RMSE*)accuracy(fit1, livestock)accuracy(fit2, livestock)accuracy(fit3, livestock)

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Métodos de tendencia

Ejemplo: Ovejas en Asia

SES Tend. lineal Tend. amort.α 1.00 0.98 0.97β∗ 0.00 0.00φ 0.98`0 263.90 251.46 251.89b0 4.99 6.29Training RMSE 14.77 13.98 14.00Test RMSE 25.46 11.88 14.73Test MAE 20.38 10.71 13.30Test MAPE 4.60 2.54 3.07Test MASE 2.26 1.19 1.48

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Métodos de tendencia

Ejemplo: Ovejas en Asia

300

350

400

450

1970 1980 1990 2000 2010

Year

Live

stoc

k, s

heep

in A

sia

(mill

ions

)

Data

SES

Holt's

Damped trend

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Métodos de tendencia

Te tocaeggs contiene el precio de la docena de huevos en USAen el periodo 1900–1993

1 Una SES y el método de Holt (con y sinamortiguación) para predecir precios “futuros”.[Truco: utiliza h=100 así podrás ver mejor las diferencias al dibujar las predicciones.]

2 ¿Qué método da el mejor “training RMSE”?3 ¿Son los valores del RMSE comparables?4 Haz los residuos del mejor ajuste y comprueba si son

un ruido blanco

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Métodos estacionales

Métodos estacionales

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Métodos estacionales

Método aditivo de Holt-WintersHolt y Winters extendieron el método de Holt para capturar laestacionalidad.Componentes

yt+h|t = `t + hbt + st+h−m(k+1)

`t = α(yt − st−m) + (1− α)(`t−1 + bt−1)bt = β∗(`t − `t−1) + (1− β∗)bt−1

st = γ(yt − `t−1 − bt−1) + (1− γ)st−m,

k = la parte entera de (h− 1)/m. Garantiza que lasestimaciones del último año se utilizan para la predicción.Parámetros: 0 ≤ α ≤ 1, 0 ≤ β∗ ≤ 1, 0 ≤ γ ≤ 1− α y m =periodo de estacionalidad (i.e. m = 4 para datos trimestrales).

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Métodos estacionales

Método aditivo de Holt-WintersLa componente estacional se suele expresar comost = γ∗(yt − `t) + (1− γ∗)st−m.Substituidad dentro por `t:st = γ∗(1−α)(yt−`t−1−bt−1)+[1−γ∗(1−α)]st−m

Se obtiene γ = γ∗(1− α).La restricción del parámetro habitual es 0 ≤ γ∗ ≤ 1,que se traduce en 0 ≤ γ ≤ (1− α).

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Métodos estacionales

Holt-Winters multiplicative methodSi las variaciones estacionales cambian proporcionalmente al nivel de la serie.

Componentes

yt+h|t = (`t + hbt)st+h−m(k+1).

`t = αyt

st−m+ (1− α)(`t−1 + bt−1)

bt = β∗(`t − `t−1) + (1− β∗)bt−1

st = γyt

(`t−1 + bt−1)+ (1− γ)st−m

Si las variaciones estacionales cambian proporcionalmente al nivel de la serie.

k es la parte entera de (h− 1)/m.Con el método aditivo st está en términos absolutos:dentro de cada año

∑isi ≈ 0.

Con el método multiplicativos st está en términos absolutos:dentro de cada año

∑isi ≈ m.

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Métodos estacionales

Ejemplo: Pernoctaciones hotelerasaust <- window(austourists,start=2005)fit1 <- hw(aust,seasonal="additive")fit2 <- hw(aust,seasonal="multiplicative")

tmp <- cbind(Datos=aust,"Predicciones HW aditivo" = fit1[["mean"]],"Predicciones HW multiplicativo" = fit2[["mean"]])

autoplot(tmp) + xlab("Year") +ylab("Pernoctaciones hoteleras (millones)") +scale_color_manual(name="",

values=c('#000000','#1b9e77','#d95f02'),breaks=c("Datos","Predicciones HW aditivo",

"Predicciones HW multiplicativo"))

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Métodos estacionales

Ejemplo: Pernoctaciones hoteleras

40

60

80

2008 2012 2016

Año

Per

noct

acio

nes

hote

lera

s (m

illon

es)

Datos

Pred. ad.

Pred. mult.

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Métodos estacionales

Componentes estimadosaddstates <- fit1$model$states[,1:3]multstates <- fit2$model$states[,1:3]colnames(addstates)<-colnames(multstates)<-

c("nivel","pendiente","estacionalidad")p1 <- autoplot(addstates, facets=TRUE) +

xlab("Año") + ylab("") +ggtitle("Estados aditivos")

p2 <- autoplot(multstates, facets=TRUE) +xlab("Año") + ylab("") +

ggtitle("Estados multiplicativos")gridExtra::grid.arrange(p1,p2,ncol=2)

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Métodos estacionales

Componentes estimados

nivelpendiente

estacionalidad

2007 2010 2013 2016

40

50

60

0.7008

0.7012

0.7016

−10

−5

0

5

10

Año

Estados aditivos

nivelpendiente

estacionalidad

2007 2010 2013 2016

40

50

60

0.65

0.70

0.75

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

Año

Estados multiplicativos

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Métodos estacionales

Método de Holt-Winters amortiguadoA menudo el método de predicción más preciso para datosestacionales.

yt+h|t = [`t + (φ+ φ2 + · · ·+ φh)bt]st+h−m(k+1)

`t = α(yt/st−m) + (1− α)(`t−1 + φbt−1)bt = β∗(`t − `t−1) + (1− β∗)φbt−1

st = γyt

(`t−1 + φbt−1)+ (1− γ)st−m

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Métodos estacionales

Tu turnoAplica el método multiplicativo de H-W a la serie gas.

1 ¿Por qué es necesaria la estacionalidadmultiplicativa aquí?

2 Experimenta haciendo que la tendencia seamortigüe.

3 Compruebe que los residuos del mejor método separezcana un ruido blanco.

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ETS con R

ETS con R

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ETS con R

Ejemplo: Venta de medicamentosautoplot(h02) + xlab("Años") + ylab("Venta de medicamentos")

0.50

0.75

1.00

1.25

1995 2000 2005

Años

Ven

ta d

e m

edic

amen

tos

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ETS con R

Ejemplo: Venta de medicamentosets(h02)

ETS(M,Ad,M)

Call:ets(y = h02)

Smoothing parameters:alpha = 0.1953beta = 1e-04gamma = 1e-04phi = 0.9798

Initial states:l = 0.3945b = 0.0085s = 0.874 0.8197 0.7644 0.7693 0.6941 1.2838

1.326 1.1765 1.1621 1.0955 1.0422 0.9924

sigma: 0.0676

AIC AICc BIC-122.90601 -119.20871 -63.17985

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ETS con R

Ejemplo: Venta de medicamentosets(h02, model = "AAA", damped = FALSE)

ETS(A,A,A)

Call:ets(y = h02, model = "AAA", damped = FALSE)

Smoothing parameters:alpha = 0.1672beta = 0.0084gamma = 1e-04

Initial states:l = 0.3895b = 0.0116s = -0.1058 -0.1359 -0.1875 -0.1803 -0.2414 0.2097

0.2493 0.1426 0.1411 0.0823 0.0293 -0.0033

sigma: 0.0642

AIC AICc BIC-18.26446 -14.97413 38.14358

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ETS con R

La función ets()

Elige automáticamente un modelo por defectousando el AIC, AICc o BIC.Puede manejar cualquier combinación de tendencia,estacionalidad y amortiguaciónAsegura que los parámetros sean admisibles(equivalente a invertir)Produce un objeto de clase “ets”.

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ETS con R

Los objetos ets

Métodos:coef(), autoplot(), plot(), summary(),residuals(), fitted(), simulate() yforecast()

autoplot(): para graficar la serie temporal, asícomo extraer las componentes S, T y R

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ETS con R

Ejemplo: Venta de medicamentosh02 %>% ets() %>% autoplot()

obse

rved

leve

lsl

ope

seas

on

1995 2000 2005

0.50

0.75

1.00

1.25

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0000.0020.0040.0060.008

0.8

1.0

1.2

Components of ETS(M,Ad,M) method

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ETS con R

Ejemplo: Venta de medicamentosh02 %>% ets() %>% forecast() %>% autoplot()

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1995 2000 2005 2010

Time

.

level

80

95

Forecasts from ETS(M,Ad,M)

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ETS con R

Ejemplo: Venta de medicamentosh02 %>% ets() %>% accuracy()

ME RMSE MAE MPETraining set 0.003872706 0.05096923 0.03903608 0.1125149

MAPE MASE ACF1Training set 5.046201 0.6439654 0.00612504

h02 %>% ets(model = "AAA", damped = FALSE) %>% accuracy()

ME RMSE MAE MPETraining set -0.006446776 0.06159595 0.0494885 -1.25778

MAPE MASE ACF1Training set 7.141675 0.8163955 0.2612275

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ETS con R

La función ets()La función ets() permite volver a ajustar el modelo al nuevo conjunto de datos.

train <- window(h02, end = c(2004, 12)) # datos 'calentamiento'test <- window(h02, start = 2005) # ajuste con modelo 'train'fit1 <- ets(train)fit2 <- ets(test, model = fit1)

Model is being refit with current smoothing parameters butinitial states are being re-estimated.

Set ’use.initial.values=TRUE’ if you want to re-use existinginitial values.

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ETS con R

La función ets()accuracy(fit2)

ME RMSE MAE MPETraining set 0.001439752 0.0540574 0.04313607 -0.4332393

MAPE MASE ACF1Training set 5.217966 0.6785027 -0.4120618

accuracy(forecast(fit1, 10), test)

ME RMSE MAE MPETraining set 0.003427223 0.04453419 0.03290053 0.158854Test set -0.077245307 0.09158286 0.07954666 -10.041291

MAPE MASE ACF1 Theil's UTraining set 4.364239 0.5579938 0.02235938 NATest set 10.251511 1.3491135 -0.04360835 0.63331

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ETS con R

La función ets() en Rets(y, model = "ZZZ", damped = NULL,

additive.only = FALSE,lambda = NULL, biasadj = FALSE,lower = c(rep(1e-04, 3), 0.8),upper = c(rep(0.9999, 3), 0.98),opt.crit = c("lik","amse","mse","sigma","mae"),nmse = 3,bounds = c("both", "usual", "admissible"),ic = c("aicc", "aic", "bic"),restrict = TRUE,allow.multiplicative.trend = FALSE, ...)

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ETS con R

La función ets() en Ry: La serie temporal a predecir.

model: usa la clasificación y notación ETS: “N” para nada,“A” para aditivo y “M” para para multiplicativo, o “Z”para la selección automática. Por defecto ZZZ seseleccionan todos los componentes utilizando algúncriterio de información

damped: Si damped=TRUE, entonces se amortigua la tendencia(puede utilizarse A\damped\ o M\damped).damped=FALSE, entonces no se amortigua la tendencia.Si damped=NULL (default), Según el mejor criterio deinformación el sisteme elije el mejor método.

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ETS con R

La función ets() en Radditive.only: Solo se considerarán modelos modelos con

componenetes aditivossi additive.only=TRUE. De locontrario, todos los modelos serán considerados.

lambda: El parámetro de la trasnformación de Box-Cox. Seignora si lambda=NULL (por defecto). DE lo contrario,la serie temporal será trasnformada antes que el modelose estime. Cuando lambda no es NULL,additive.only se convierte en TRUE.

biadadj: Utiliza un ajuste del sesgo cuando se desahece latrasnformación de Box-Cox para los valores ajustados.

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ETS con R

La función ets() en Rlower,upper: límites para la estimación de los parámetros α, β∗, γ∗ and

φ.opt.crit=lik: (Por defecto) Criterio de optimización utilizado en la

estimación de los parámetros. bounds:Restricciones en lso parámetros. * habitual región –"bounds=usual"; * admisible región –"bounds=admissible"; * "bounds=both" (por defecto)necesita los parámetros para satisfacer ambos conjuntos derestricciones.

ic=aicc: (por defecto)Criterio de optimización utilizado en laselección de los modelos.

restrict=TRUE: (por defecto) modelos que causan problemas numéricosno serán considerados en la selección del mejor modelo.

allow.multiplicative.trend: permite modelos con tendenciamultiplicativa.

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ETS con R

La función forecast()en textsl{R}

forecast(object,h=ifelse(object$m>1, 2*object$m, 10),level=c(80,95), fan=FALSE,simulate=FALSE, bootstrap=FALSE,npaths=5000, PI=TRUE,lambda=object$lambda, biasadj=FALSE,...)

object: el objeto que devuelve la función ets().h: el número de peridos a predecir.level: el intervalo de confianza para la predicción.fan: if fan=TRUE, para obtener los fan plots.

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ETS con R

La función forecast()en textsl{R}simulate: si TRUE, el intervalo de predicción generado

vía simulación prediction intervals generatedvia simulation en lugar de las fórmulasanalíticas.Incluso si FALSE se usará lasimulación si no existen fórmulas algebraicas.

bootstrap: si bootstrap=TRUE y simulate=TRUE,entonces los intervalos de predicciónsimulados usarán errores re-muestreadosincluso si se distribuyen los errores de formaGaussiana.

npaths: El número de muestras usadas en lasimulación.

PI: Si PI=TRUE, entonces los intervalos secalcularán: de otra manera sólo se obtendránlos puntos de la predicción. Si PI=FALSE,entonces level, fan, simulate, bootstrapy npaths se ignorarán.

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ETS con R

La función forecast()en textsl{R}lambda: el parámtro de la trasnformación de The

Box-Cox. Si lambda=NULL se ignorará.De otra manera, las predicciones seranre-trasnformadas vía la inversa de latrasnformación de Box-Cox

biasadj: ¿Se aplica la corrección de sesgo tras latrasnformación de Box-Cox?

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ETS con R

Tu turnoUsa ets() en las siguientes series :bicoal, chicken, dole, usdeaths, bricksq,lynx, ibmclose, eggs, bricksq, ausbeer

¿Se obtienen siempre buenas predicciones?Encuentra un ejemplo que no funcione bien.¿Sabrías explicar lo que le ocurre a esa serietemporal?

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