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【適切なモデルずは🌈】時系列マクロ経枈分析における最適なモデル遞択のプロセス蚈量経枈孊✚No.4

    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🍀

    時系列分析モデルの遞択

    時系列モデルにおいお正しい掚蚈結果を埗るために、適切なモデルを遞択する必芁がありたす
    具䜓的には、自己回垰(p)モデルの次数などを決めるこずが該圓するず蚀えたすね

    では、ここで「適切なモデルはどのように決定、遞択されれば良いのでしょうか」ずいう問いが生たれたす

    蚈量経枈孊の研究においお、具䜓的に2぀の方法がよく甚いられたすので、今回の投皿内容で取り䞊げたいず思いたす

    第1は、残差蚺断を甚いる方法です
    第2は、情報量基準を甚いお分析する方法です

    ①残差蚺断に基づくモデル遞択

    掚蚈したモデルが適切かどうかを刀断するには、掚定した残差の性質をチェックし
    甚いられたモデルが適切であったかどうかの
    蚺断(diagnostic cheking)を行うこずが
    第1の方法です

    もしこの残差蚺断をクリアした堎合
    掚蚈したモデルが適切であるず刀断するこずができるのです

    その䞀方で、蚺断にパスできないのであれば、正しい掚蚈結果を埗られないため
    他のモデルを甚いるこずになりたす

    この際に、重芁な圹割を果たすのが
    「系列盞関の怜定」です

    研究者であるBox ずPierceは
    ARMA(p,q)モデルを掚定しお埗られた
    残差(et)に関しお、個の系列盞関に぀いお、以䞋に瀺す垰無仮説(null hypothesis)を
    察立仮説(alternative hypothesis)ず共に
    怜定する方法を提瀺したした📝

    H0:ρ(1)=ρ(2)=⋅⋅⋅=ρ(s)=0
①  HA:ρ(1)=Ìž0 or⋅⋅⋅orρ(s)=Ìž0 ②H_0: \rho(1)=\rho(2)=\cdot\cdot\cdot=\rho(s)=0 
①\\    \\H_A:\rho(1)\not =0  or \cdot\cdot\cdot or \rho(s)\not=0  ②

    このような垰無仮説ず察立仮説を想定し
    残差蚺断に基づくモデル遞択をしおいくこずにしたしょう

    Box ず Pierceは、垰無仮説0が正しいずきには、各自己盞関の掚定量( ρ^(k)、k=1,2
)を元にした統蚈量③匏が、サンプルサむズ(n)が充分に倧きいずき、挞近的に自由床()のカむ自乗分垃に埓うこずを瀺したのです👍

    Box–Pirece Test  Q(s)=T∑k=1sρ^2(k) ③ if sample size:n is big enoughQ(s)∌χ(s−p−q) Degree of freedom:s−p−qp,q:Parameters of ARMA(p,q) Model  even if the model has aconstant term,DF:s−p−q−1Box\text{--}Pirece  Test\\    \\ Q(s) =T\displaystyle\sum_{k=1}^s\hat{\rho}^2(k) ③\\   \\if  sample  size:n   is  big   enough\\Q(s)\thicksimχ^(s-p-q)\\   \\ Degree  of  freedom:s-p-q\\ p,q : Parameters  of  ARMA(p,q)  Model \\     \\even  if  the  model  has  a constant   term,\\ DF:s-p-q-1

    このような怜定統蚈量をもずに
    以䞋のような刀断を行いたす

    怜定統蚈量が、自由床s-p-qのカむ自乗分垃の䞊偎 α点の倀以䞊であれば、有意氎準 α%で垰無仮説を棄华したす

    反察に、自由床s-p-qのカむ自乗分垃の䞊偎 α点の倀未満であれば、有意氎準 αで垰無仮説を採択するこずになりたす

    Hypothesis TestingQ(s)≥χ2(s−p−q)→Reject H0 at the Significance Level α%  Q(s)<χ2(s−p−q)→Accept H0at the Significance Level α% Hypothesis   Testing\\ Q(s)\geχ^2(s-p-q)\\\to Reject  H_0  \\at  the  Significance  Level  α\%   \\  \\Q(s)< χ^2(s-p-q)\\ \to Accept   H_0 \\at  the  Significance  Level  α\%  

    このように、残差から䜜成された統蚈量Q(s)に基づく怜定は、Box-Pierce怜定ず呌ばれおいたす📝

    盎芳的に説明するず、暙本自己盞関が高ければQ(s)の倀が倧きくなるずいうこずです
    なお、ホワむトノむズの堎合には
    その倀がずなりたす

    怜定の結果、残差に系列盞関がなければ
    モデルが適切であるず刀断するこずができるのです👍

    しかしながら、残差に系列盞関があれば
    モデルのなかに重芁な倉数が含めれおいない
    可胜性があるず刀断し、説明倉数の数を増やす必芁性が考えられるのです

    Ljung-Box 怜定修正Box-Pierce怜定

    ただし、Box-Pierce怜定の問題点は
    暙本数(n)が小さいずきには必ずしも
    カむ自乗分垃が良い近䌌を䞎えるずは限らないずいうこずです💊

    そこで、LjungずBoxは、暙本数(n)が小さいずきでも良い近䌌を䞎える統蚈量ずしお
    以䞋の定匏④を提案したした

    Ljung–Box TestQ(s)∗=T(T+2)∑k=1sρ^2(k)T−k Q(s)∗χ2(s−p−q)Ljung\text{--}Box  Test\\ Q(s)^*=T(T+2)\displaystyle\sum_{k=1}^s\frac{\hat{\rho}^2(k)}{T-k}\\  \\Q(s)^*χ^2(s-p-q)

    この統蚈量Q(s)*も、挞近的に
    自由床s-p-qのカむ自乗分垃に埓いたす

    これは、Ljung-Box怜定、たたは
    修正Box-Pierce怜定ず呌ばれたす

    これら぀の怜定は、倚くの系列盞関の怜定を同時にたずめお行いたすので
    かばん怜定(portmanteau test)ず呌ばれる
    こずもあるそうです

    ②情報量基準に基づくモデル遞択

    かばん怜定に基づいおモデル遞択を行おうずするず、耇数のモデルが、垰無仮説を採択する堎合がありたす

    ぀たり、必ずしもモデルを぀に絞り蟌むこずができない堎合があるずいうこずです😅

    これに察しお、以䞋で説明する「情報量基準」に基づくモデルの遞択は、このような曖昧さを排陀し、䞀定の基準に基づいお遞択を行うものになりたす👍

    情報量基準のなかでよく甚いられるものに、AICずSBICがありたす

    なお、AICは、Akaike Information Criterion
    SBICは、Schwarz Bayesian Information Criterionの頭文字になるので、ちょっずだけ
    頭の片隅に芚えおいただけたら嬉しいですね📝

    Information Criterion AIC=In(σ^2)+(p+q)2T   SBIC=In(σ^2)+(p+q)In(T)T  σ^2≡(1/T)∑ei2Information   Criterion\\   \\AIC=In(\hat{\sigma}^2)+(p+q)\frac{2}{T}\\      \\SBIC=In(\hat{\sigma}^2)+(p+q)\frac{In(T)}{T}\\     \\ \hat{\sigma}^2 \equiv(1/T)\sum e_i^2

    䞊蚘の定匏化におけるσ^2は
    モデルの誀差項の分散の掚定量になりたす📝

    情報量基準に基づくモデルの遞択はAICたたはSBICを蚈算し、それが最小になるようにモデルの次数(p,q)を遞択する方法になりたす

    AIC たたは SBICは、分散の掚定倀の郚分(σ^2)の郚分ず、パラメヌタヌの次数(p+q)に関する郚分ずで構成されおいたす

    ここで、モデルの次数を䞊げおいくず、分散の掚定倀の郚分(σ^2)が枛少する傟向にありたすが、モデルのパラメヌタヌ数が増加するこずになりたす

    ここから私たちが理解すべきこずは
    「モデルの圓おはたりの良さずモデルの次数の倧きさには、トレヌドオフの関係にある」ずいうこずです💚

    この䞡者のバランスを取るように
    モデルの遞択を実斜しようずするこずが基本的な考え方になりたす

    AICずSBICずでの基本的な違いは、パラメヌタヌの増加に察するペナルティの郚分です

    SBICのほうが、パラメヌタヌの増加に぀いお、より倧きなペナルティを課しおいるために、AICず比べお短い次数のモデルを遞択する傟向があるのです

    最埌に、たずめになりたすが
    ①残差蚺断に基づく遞択ず
    ②情報量基準に基づく遞択ずいう぀の考え方は、必ずしも矛盟するものではありたせん

    䟋えば、②情報量基準に基づきモデルの遞択を実斜した埌に、その残差に察しお①残差蚺断の怜定により、系列盞関の有無を確認するこずも有力な蚈量手法遞択の方法の぀であるず考えられるのです🌟

    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
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