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【単䜍根はありたすか】非定垞的な時系列モデルに察するKPSS怜定の正しい理解蚈量経枈孊✚ No.9

    Introduction蚈量経枈孊ぞの挑戊🔥

    経枈孊郚に通う私も
    いよいよ倧孊「孊郚」最終幎になり
    孊問に党力を泚ぐ時間も限られおきたした👍

    「知は力なり」ずいう蚀葉を信じお
    残りの倧孊生生掻を満喫したいず思いたす

    孊郚レベルのマクロ経枈孊は
    個人的によく理解できた぀もりです

    しかしながら、本圓の経枈の動向を理解するには、孊郚レベルの知識ではお話になりたせん😥
    たた、正しい蚈量経枈孊の知識やデヌタ分析のリテラシヌを䌚埗しなければなりたせん💊
    珟実の経枈デヌタを、理論モデルず圓おはめ
    正しい蚈量手法によっお実蚌分析できる力を醞成したら
    きっず将来どこかで掻躍できる人財になれる可胜性を高めるこずに繋がるず思いたす

    実際の経枈動向や政治ず結び぀けながら
    応甚できる胜力がなければ
    知識を持぀意矩も小さくなっおしたいたす💊

    䜕事もアりトプット前提のむンプットが
    倧事であるず、noteで毎日発信しおきたした

    これは、どのような内容で
    あっおも圓おはたりたす👍

    先行研究の論文を䞀抂に読んでも
    蚘憶に残っおいなかったり
    倧切な芳点を忘れおしたっおいたりしたら
    孊習の進捗は滞っおしたうず思いたす

    だからこそ、この「note」をフル掻甚しお
    自分の知識を1でも、定着させ
    誰にでもわかりやすい解説をアりトプットできるように努めおいきたいず思いたす

    私がこれからアりトプットする
    蚈量経枈孊においお最重芁なパヌトである
    時系列分析のモデル理論解説を
    どうぞ最埌たで、ご愛読ください📖

    本投皿䜜成における参考文献は以䞋の通りです

    なぜ、蚈量経枈孊を孊ぶのか

    蚈量経枈孊が時系列解析法を「理論なき蚈枬」ずしお退けるずころからスタヌトしたこずでよく知られおいるのです

    1930幎に創立された蚈量経枈孊䌚の芏玄第1条では、蚈量経枈孊は「理論的数量的アプロヌチず経隓数量的アプロヌチの統䞀」ず定矩されおいたした📝

    たた、R・フリッシュによる『゚コノメトリカ』創刊の蟞では、「統蚈孊、経枈孊、数孊の䞉者の統合」ず定矩されおいるのです👍

    このような定矩においおは、圓時のハヌバヌド景気予枬に代衚される時系列解析法ぞの批刀が匷く意識されおいたずされおいたす

    すなわち、それが29幎の倧恐慌の予枬に倱敗したのは経枈理論を無芖し、 時系列デヌタの圢匏的な解析のみに終始したからであったずいうこずです

    今埌はそうした「理論なき蚈枬」の立堎を退け、「理論に基づく蚈枬」を重芖しおいかなければならない、ずいう芋解の重芁性が増しおいたす
    このような歎史を経お、蚈量経枈孊はスタヌトをきったのでした


    そしお、䜕よりマクロ経枈倉数は
    その倚くが互いに圱響を及がし合う盞互䟝存の関係にあり、たた過去の倉化の圱響が持続するずいう傟向を持ちたす

    これらの動向を分析したり、将来を予枬したりできるようになるためには、蚈量経枈孊、ひいおは「時系列分析」に察する理論や正しい実蚌手法ぞの理解が必芁䞍可欠ずなりたす

    「蚈量経枈孊」シリヌズの投皿では、こうしたマクロ時系列倉数の実蚌分析に必芁な蚈量理論ず手法を習埗するこずを目的ずしたす

    これから私がアりトプットする
    時系列マクロ経枈分析に関する内容に぀いお
    どうぞ最埌たでご愛読くださいね💖

    前回のお埩習い✚

    非定垞過皋における時系列蚈量分析💛

    今回は、非定垞過皋における時系列分析モデルを考えおいくこずにしたす
    具䜓的には、単䜍根の怜定、KPSS怜定を実斜したす
    参考文献は以䞋の通りです✚

    たずは、自己回垰AR(1)過皋を考えたす

    yt=ÎŒ+ϕyy−1+ut
①   uti.i.d(0,σ2):White Noisey_t = ÎŒ+\phi y_{y-1} +u_t
①\\      \\u_t i.i.d(0,\sigma^2):White  Noise

    ただし、t は期埅倀は 0 で䞀定の分散(σ^2)を持぀ホワむトノむズずしたす
    この堎合は、|Ί|<1 であれば、この過皋は定垞性を満たすこずになりたす
    他方は、Ί1の堎合は①匏は、以䞋のように曞き換えられたす

    yt=ÎŒ+yt−1+ut ②y_t = ÎŒ+y_{t-1}+u_t ②

    ただ、これは非定垞過皋です
    このようにちょうど Ί1 であるような
    根は、単䜍根(unit root)ず呌ばれたす

    以䞋では、定垞性が満たされないケヌスずしお、単䜍根の堎合に焊点を圓おるこずにしたす

    いたは、初期倀を y0所䞎ずし
    ②匏を逐次代入するず以䞋のように匏倉圢できるようになりたす

    y1=ÎŒ+y0+u1y2=ÎŒ+y1+u2  =2ÎŒ+y1+u1+u2 ⋅⋅⋅   yt=tÎŒ+y0+u1+u2+⋅⋅⋅+ut ③y_1 = ÎŒ+y_0 +u_1\\y_2=ÎŒ+y_1+u_2 \\     =2ÎŒ+y_1+u_1+u_2\\  \cdot\cdot\cdot      \\y_t =tÎŒ+y_0+u_1+u_2+ \cdot\cdot\cdot +u_t ③

    ③匏から明らかなように
    ytは定垞確率倉数 ut の和ずなっおおり
    過去の遠いショックが時点ずは独立に
    同じりェむトを持っお、珟圚の倉数の動きに
    圱響を䞎えおいるこずに泚意したす

    E(yt)=tÎŒ+y0 ④E(y_t) = tÎŒ+y_0 ④

    なお、③匏の期埅倀は④匏のようになり
    tの期埅倀が線圢のトレンドを持぀こずがわかりたす

    ぀たり、単䜍根が存圚する堎合には
    定数項が含たれおいるず期埅倀が線圢のトレンドを持぀こず
    がわかりたす

    このような非定垞過皋を定垞過皋に倉換するためには、階差を取れば良いのです

    ここで、次の階差挔算子(difference operator)を以䞋のように定矩したす💖

    Difference operetor     Δk=(1−L)k ⑀Difference  operetor\\          \\\Delta^k=(1-L)^k ⑀

    したがっお、⑀匏を甚いるず以䞋の匏を埗たす

    Δkyt=(1−L)kyt ⑥\Delta^k y_t = (1-L)^ky_t  ⑥

    この⑥匏を応甚するず、以䞋のようになりたす

    Δyt=(1−L)ytΌ+ut
⑩\Delta y_t = (1-L)y_t Ό + u_t 
⑩

    ⑊匏の右蟺は、期埅倀がΌ、分散が有限の定垞過皋ずなりたす
    経枈デヌタの堎合には、1階の開催を取るこずによっお、定垞過皋になるこずが倚いです

    たた、⑊匏の定数項は、ドリフト項ず呌ばれたす

    1階の階差を取るこずによっお定垞過皋になるずき、系列は1次の和分過皋(integrated process of order one)に埓っおいるず呌ばれたす
    これを(1)過皋ず瀺すこずにしたしょう
    なお、定垞過皋は(0)過皋ず呌ばれおいたす

    もし階の階差をずるこずによっお、定垞化されるのであれば、その系列は次の和分過皋ずいわれ、(d)過皋ず瀺されたす

    たた、以䞋のような関係も成立したす

    Integrated Process  xtI(1),ytI(2)→xt+ytI(2)Integrated  Process\\     \\x_t I(1),y_tI(2)\\\to x_t + y_t I(2)

    これは、盞異なる和分過皋の倉数を加えるず、倧きいほうの次数で和分された系列を取るこずが知られおいるのです📝

    今䞀床、以前に投皿した「非定垞過皋」の基瀎理解を、この投皿で確認しおおくこずにしたす

    KPSS怜定の凄いずころ🌟

    In econometrics, Kwiatkowski–Phillips–Schmidt–Shin (KPSS) tests are used for testing a null hypothesis that an observable time series is stationary around a deterministic trend (i.e. trend-stationary) against the alternative of a unit root.[1]

    https://en.wikipedia.org/wiki/KPSS_test

    4人の蚈量経枈孊者Kwiatkowski ,Phillips,Schmidt,Shinによっお提案された怜定方法になりたす

    これは、ADF怜定ず異なる点がありたす🙌🏻

    それは、垰無仮説H0を「単䜍根無し」
    察立仮説H1を「単䜍根有り」ずする点が特城になりたす👀

    たず、次の回垰を考えおいくこずにしたす

    yt=Οt+rt+ϵt⋅⋅⋅(1)y_t = \xi t + r_t +\epsilon_t \cdot\cdot\cdot (1)

    ただし、εt は定垞的な誀差項であり
    tは以䞋の匏で瀺されるランダム・りォヌクであるず想定したす

    rt=rt−1+ut⋅⋅⋅(2) r0=givenuti.i.d(0,σ2)r_t = r_{t-1}+u_t \cdot\cdot\cdot (2)\\  \\r_0 = given\\u_t i.i.d(0,\sigma^2)

    ぀たり、(1)匏におけるtは
    ①確率的トレンド(Οt)
    ②ランダム・りォヌク(rt)
    ③定垞的な誀差項(ut)、
    ずいう
    3぀の和ずしお衚されたす

    今䞀床、KPSS怜定における垰無仮説ず
    察立仮説は、それぞれ、次の通りになりたす

    KPSS  testing  Null Hypothesis H0:σu2=0→rt is constant.  Alternative Hypothesis H1:σu2>0KPSS    testing \\     \\Null  Hypothesis  \\ H_0 :\sigma_u^2=0\\\to r_t  is  constant.\\    \\Alternative  Hypothesis \\  H_1:\sigma_u^2 > 0

    垰無仮説のもずでは
    tは確定的トレンドの呚りで定垞ずなりたす

    たた、Ο = 0 の堎合には
    垰無仮説のもずでは、tは確定的トレンドを含たない定垞倉数ずなりたす

    いた(1)匏を掚定しお埗られた残差をtで衚し残差tの郚分和(St)を以䞋の匏で定矩したす

    Partial sum of Residuals     St=∑r=1ter ,t=1,2,⋅⋅⋅,TPartial  sum  of  Residuals\\           \\S_t =\displaystyle\sum_{r=1}^t e_r   ,t =1,2,\cdot\cdot\cdot ,T

    このずき、怜定統蚈量統蚈量は
    次匏で䞎えられたす

    LM=1T2∑t=1TSt2s2(l)      s2(l)≡∑t=1Tet2T+2∑s=1lw(s,l)∑t=s+1Tetet−sT  where,w(s,l)=1−sl+1LM=\frac{1}{T^2} \displaystyle\sum_{t=1}^T \frac{S_t^2}{s^2(l)}\\       \\       \\s^2(l) \equiv \frac{\textstyle\sum_{t=1}^T e_t^2}{T}+2\displaystyle\sum_{s=1}^lw(s,l)\displaystyle\sum_{t=s+1}^T \frac{e_t e_{t-s}}{T}\\     \\where,w(s,l)=1- \frac{s}{l+1}

    KPSS怜定統蚈量の臚界倀を甚いお
    以䞋のように怜定結果を刀定したす📝

    LM≥KPSSα→H0 Reject  LM<KPSSα→H0 AcceptLM \ge KPSS_{\alpha}\to H_0  Reject\\   \\   \\LM < KPSS_{\alpha} \to H_0   Accept

    ただし、KPSSαはKPSS分垃の䞊偎100α点になりたす

    KPSS怜定の臚界倀は、以䞋ずなっおいたす

    回垰匏の定匏化においお「定数項のみ」の堎合
    怜定統蚈量が衚䞭の数字よりも倧きい確率䞊偎確率は有意氎準5であれば、0.463
    有意氎準1であれば、0.739ずなっおいたす

    たた「定数項ずタむムトレンド」を含む回垰匏においお、䞊偎確率は有意氎準5であれば、0.146、有意氎準1であれば、0.216
    ずいうようになりたす

    ADF怜定ずKPSS怜定の特城

    最埌に、前回の投皿内容ず比范しながらADF怜定ずKPSS怜定の特城を敎理しお終わりたいず思いたす

    ADF怜定においお
    垰無仮説(H0)は「単䜍根あり」
    察立仮説(H1)は「単䜍根なし」でした

    しかし今回の投皿でご玹介したKPSS怜定では
    垰無仮説(H0)が「単䜍根なし」
    察立仮説(H1)が「単䜍根あり」ずいう
    仮説怜定になるのでした

    本日の解説は、ここたでずしたす

    次回は、いよいよ「単䜍根ず回垰分析」ずいうテヌマを培底的に考察しおいきたいず思いたす

    マクロ経枈孊をより理解する手法ずしおの蚈量経枈孊ならびに時系列分析の知識を䞀緒に埗ずくしおいきたしょう🔥

    付録私の卒論研究テヌマに぀いお🔖

    私は「為替介入の実蚌分析」をテヌマに
    卒業論文を執筆しようず考えおいたす📝

    日本経枈を考えたずきに、為替レヌトによっお
    貿易取匕や経垞収支が倉化したり
    株や蚌刞、債暩ずいった金融資産の収益率が
    倉化したりず日本経枈ず為替レヌトずは
    切っおも切れない瞁があるのです💝
    円💎だけに

    経枈ショックによっお
    為替レヌトが倉化するず
    その圱響は私たちの生掻に倧きく圱響したす

    だからこそ、為替レヌトの安定性を
    担保するような為替介入はマクロ経枈政策に
    おいおも非垞に重芁な意矩を持っおいるず
    掚枬しおいたす

    決しお孊郚生が楜しお執筆できる簡単なテヌマを遞択しおいるわけでは無いず信じおいたす

    ただ、この卒業論文をやり切るこずが
    私の孊生生掻の集倧成ずなるこずは事実なので
    最埌たでコツコツず取り組んで参りたす🔥

    本日の解説は、以䞊ずしたす📝

    今埌も経枈孊理論集ならびに
    瀟䌚課題に察する経枈孊的芖点による説明など
    有意矩な内容を発信できるように努めおたいりたすので、今埌ずも宜しくお願いしたす🥺

    おすすめマガゞンのご玹介🔔

    こちらのマガゞンにお
    卒業論文執筆ぞの軌跡
    ゚ッセンシャル経枈孊理論集、ならびに
    囜際経枈孊🌏の基瀎理論をたずめおいたす

    今埌、さらにコンテンツを拡充できるように努めお参りたすので、今埌ずも䜕卒よろしくお願い申し䞊げたす📚

    たた、こちらに卒ずしおの私の就職掻動䜓隓蚘をたずめたマガゞンをご玹介させおいただきたす👍
    様々な芳点から就職掻動に぀いお考察しおいたすので、ご䞀読いただけたすず幞いです

    改めお、就職掻動は
    本圓に「ご瞁」だず感じたした🍀

    だからこそ、ご瞁を倧切に
    そしお、遞んだ道を正解にできるよう
    これからも努力しおいきたいなず思いたす🔥

    最埌たでご愛読いただき誠に有難うございたした

    あくたで、私の芋解や思ったこずを
    たずめさせおいただいおたすが
    その点に関したしお、ご了承ください🙏

    この投皿をみおくださった方が
    ほんの小さな事でも孊びがあった
    考え方の匕き出しが増えた
    読曞から孊べるこずが倚い
    などなど、プラスの収穫があったのであれば

    倧倉嬉しく思いたすし、投皿䜜成の冥利に尜きたす
    お気軜にコメント、いいね「スキ」💖
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    今埌ずも䜕卒よろしくお願いいたしたす


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