Modele przyczynowo-opisowe w prognozowaniu
Istota takich modeli sprowadza się do przedstawienia
związku danego zjawiska jako funkcji kształtujących go
czynników
Y = f(X1, X2,…Xn, E)
gdzie: Y zmienna prognozowana
X1, X2,…Xn zmienne objaśniające
E składnik losowy
Klasyfikacja modeli ekonometrycznych
Klasyfikacja modeli ekonometrycznych
Klasyfikacja modeli ekonometrycznych
Klasyfikacja modeli ekonometrycznych
Z poznawczego punktu widzenia:
»
modele przyczynowo-opisowe;
»
modele symptomatyczne;
»
modele tendencji rozwojowej;
Ze względu na powiązania zmiennych
endogenicznych:
»
modele proste,
Y
1
Y
2
Y
3
»
rekurencyjne
Y
1
Y
2
Y
3
»
o równaniach współzależnych Y
1
Y
2
Y
3
Etapy postępowania
Etapy postępowania
Etapy postępowania
Etapy postępowania
Budowa i wykorzystanie modeli
ekonometrycznych w prognozowaniu składa się
z 2-ch faz:
Pierwszej – budowa modelu (wybór postaci
analitycznej, estymacja parametrów, weryfikacja
Drugiej – wykorzystanie w budowie prognozy
(założenia , zasady)
Schemat badania ekonometrycznego
Schemat badania ekonometrycznego
Schemat badania ekonometrycznego
Schemat badania ekonometrycznego
Teoria
ekonomiczna
Fakty
empiryczne
Teoria
statystyczna
Model
matematyczny
(formalizacja)
Obserwacje
statystyczne
Metody i
techniki
ekonometryczne
Estymacja modelu ekonometrycznego na podstawie
przetworzonych danych
Model
ekonometryczny
Przetworzone
obserwacje
statystyczne
Pakiety
komputerowe
Analiza
powiązań
strukturalnych
Prognozowanie
Analiza
symulacyjna
Optymalne
sterowanie
Modelowanie
ekonometryczne
Identyfikacja struktury,
charakterystyka natury zjawiska,
natężenia, siły, kierunku zależności,
określenie relacji ilościowych między
zmiennymi
Prognozowanie
Modelowanie ekonometryczne - cele
Modelowanie ekonometryczne - cele
Modelowanie ekonometryczne - cele
Modelowanie ekonometryczne - cele
Podstawowe wyróżniki:
•
wyjaśnia mechanizm zmian zachodzących w
prognozowanym zjawisku;
•
przedstawia zależności pomiędzy zmienną
a zmiennymi objaśniającymi;
•
ocena wpływu zmiennych objaśniających
na zmienną objaśnianą;
•
stosowane gdy do uzyskania prognozy
potrzebna jest znajomość mechanizmu zmian
prognozowanego zjawiska;
•
wysoka wartość poznawcza;
•
prognoza budowana jest zgodnie z
założeniami klasycznej teorii predykcji.
MODELOWANIE Przyczynowo-opisowe
Wymagania co do modelu
Wymagania co do modelu
Wymagania co do modelu
Wymagania co do modelu
Poprawny opis zjawiska przez model to:
»
realistycznie uwzględnia wszystkie
elementy badanego zjawiska;
»
umożliwia wnioskowanie na temat danego
zjawiska;
»
dostatecznie uwzględnia związki
występujące pomiędzy badanymi zjawiskami.
Problemy, które należy rozwiązać wykorzystując model
ekonometryczny w prognozowaniu
Specyfikacja zmiennych
Wyboru postaci analitycznej modelu
Doboru najlepszego zbioru zmiennych objaśniających
Wyboru najlepszej metody estymacji parametrów,
Sprawdzenia stabilności w czasie parametrów,
Wyznaczenie wartości zmiennych objaśniających w
okresie prognozowanym,
Wyboru zasady, zgodnie z którą buduje się prognozę.
•
wstępna analiza materiału statystycznego,
•
teoria ekonomii,
•
doświadczenia z poprzednich badań
"Model jest naszym wyobrażeniem o
zjawiskach. Jeżeli te wyobrażenia są błędne,
to błędne będą też prognozy otrzymane na
podstawie modelu, choćby był on bardzo
poprawny pod względem formalnym".
wybór postaci analitycznej modelu
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
Plony zbóż oraz poziom opadów w Polsce
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
Plony zbóż oraz temperatura w Polsce w latach
Y
t
= 12,22 + 0,0378X
1t
+ 0,252X
2t
; 100R
2
= 85,74%
gdzie:
X
1t
– nawożenie kg NPK na 1 ha UR,
X
2t
– jednostki siły pociągowej na 100 ha UR.
Reszty () = 9,97 – 0,6287
oCVI
100 R2 = 13,87 F = 5,89
- regresja ogólnej tendencji jako funkcja czynników ją
kształtujących,
- regresja odchyleń od ogólnej tendencji jako funkcja warunków
hydrotermicznych.
t
t
t
Z
Y
Y
t
Y
t
Z
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
Plony zbóż oraz poziom nawożenia mineralnego w Polsce
w kg NPK/ha
Model regresji plonów zbóż
t
t
t
Z
Y
Y
_
Y - regresja ogólnej tendencji jako funkcja
czynników ją
kształtujących,
_
Z - regresja odchyleń od ogólnej tendencji
jako funkcja warunków
hydrotermicznych.
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
0
50
100
150
200
250
19
60
19
62
19
64
19
66
19
68
19
70
19
72
19
74
19
76
19
78
19
80
19
82
19
84
19
86
19
88
19
90
19
92
19
94
19
96
10
15
20
25
30
35
NPK/ha
Plony zbóż dt/ha
Plony zbóż oraz poziom nawożenia mineralnego w Polsce
w kg NPK/ha
„znalezienie takiego zestawu czynników,
które mają i będą mieć zasadniczy wpływ na
zmienną prognozowaną”
»
wstępny zestaw zmiennych objaśniających
na podstawie kryteriów merytorycznych.
»
ocena formalno-statystyczna.
»
optymalny zestaw zmiennych
objaśniających.
Dobór zmiennych objaśniających
Kryteria (merytoryczne) doboru zmiennych
objaśniających
»
związek merytoryczny ze zmienną
prognozowaną.
»
reprezentacja różnych aspektów badanego
odcinka rzeczywistości gospodarczej.
»
zmienne wyrażone w jednostkach
naturalnych.
»
zmienne powinny mieć określone tradycje
badawcze.
»
wiarygodność i dostępność danych
statystycznych.
»
mierzalny charakter.
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
Kryteria (statystyczne) doboru zmiennych
objaśniających
»
Powinny charakt. się zmiennością np.( powyżej 10%),
»
istotne skorelowanie ze zmienną objaśnianą,
»
maksymalizacja stopnia dokładności, z jaką model
ekonometryczny opisuje rozwój badanego zjawiska.
»
eliminacja autokorelacji składnika losowego modelu.
»
eliminacja korelacji składnika losowego ze zmiennymi
objaśniającymi.
»
eliminacja współliniowości zmiennych objaśniających.
»
zapewnienie losowości i normalności rozkładu składnika
losowego.
»
Zapewnienie jednorodności wariancji składnika losowego.
»
zgodność, nieobciążoność, efektywność estymatorów.
»
minimalizacja wariancji predyktora.
»
istotna rola w okresie prognozowanym.
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
Metody doboru zmiennych objaśniających
»
analiza współczynników korelacji,
»
reguła "stop",
»
integralnych informacji Hellwiga,
»
Gaussa-Doolitle'a,
»
standaryzacji zmiennych,
»
eliminacji a posteriori,
»
selekcji a priori,
»
regresji krokowej,
»
regresji stopniowej i inne.
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
Weryfikacja modelu
ma na celu:
»
sprawdzenie przylegania modelu do
opisywanego fragmentu rzeczywistości;
»
zestawu zmiennych objaśniających z punktu
widzenia siły ich wpływu na zmienna objaśnianą;
»
rozkładu składnika losowego.
Modelowanie ekonometryczne
Modelowanie ekonometryczne
Modelowanie ekonometryczne
Modelowanie ekonometryczne
Weryfikacja modelu
:
•
merytoryczna (ogólnoekonomiczna):
»
ocena parametrów;
»
zgodność z teorią i naszą wiedzą o
zjawisku;
•
statystyczna:
»
istotność parametrów funkcji trendu;
»
współczynnik zmienności losowej;
»
współczynnik determinacji lub zbieżności;
»
składnik losowy (autokorelacja, losowości,
symetria, stacjonarność).
Modelowanie ekonometryczne
Modelowanie ekonometryczne
Modelowanie ekonometryczne
Modelowanie ekonometryczne
Zasady budowy prognoz
ekonometrycznych
:
»
zasada predykcji nieobciążonej
(wielokrotne
prognozowanie);
»
zasada największego prawdopodobieństwa
(zmienna
losowa, znany rozkład prawdopodobieństwa, prognoza- wartość
modalna rozkładu);
»
zasada minimalizująca oczekiwaną stratę
(relacja
prognoza/błąd = min, tj. prognoza = mediana rozkładu);
»
zasada predykcji punktowej i przedziałowej.
Modelowanie ekonometryczne
Modelowanie ekonometryczne
Modelowanie ekonometryczne
Modelowanie ekonometryczne
2700
11500
4220
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
p
o
g
ło
w
ie
ty
s.
s
zt
. p
ro
d
u
kc
ja
m
le
ka
m
ln
l.
2000
2500
3000
3500
4000
4500
m
le
cz
n
o
ść
l
Pogłowie krów (tys. sztuk)
Produkcja mleka (mln l)
Mleczność (l)
produkcja mleka = -8303,82 + 2,88*mleczność +
2,94163*pogłowie
R
2
=99,1%
POGŁOWIE KRÓW, PRODUKCJA MLEKA
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
0
50
100
150
200
250
19
60
19
62
19
64
19
66
19
68
19
70
19
72
19
74
19
76
19
78
19
80
19
82
19
84
19
86
19
88
19
90
19
92
19
94
19
96
10
15
20
25
30
35
NPK/ha
Plony zbóż dt/ha
Plony zbóż oraz poziom nawożenia mineralnego w Polsce
w kg NPK/ha w latach 1960-97
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
0
20
40
60
80
100
120
140
19
60
19
62
19
64
19
66
19
68
19
70
19
72
19
74
19
76
19
78
19
80
19
82
19
84
19
86
19
88
19
90
19
92
19
94
19
96
10
15
20
25
30
35
opady w maju mm
opady w czerwcu mm
Plony zbóż dt/ha
Plony zbóż oraz poziom opadów w Polsce w latach 1960-97
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
5
7
9
11
13
15
17
19
21
19
60
19
62
19
64
19
66
19
68
19
70
19
72
19
74
19
76
19
78
19
80
19
82
19
84
19
86
19
88
19
90
19
92
19
94
19
96
10
15
20
25
30
35
temperatura w czerwcu
Plony zbóż dt/ha
Plony zbóż oraz temperatura w Polsce w latach 1960-97
Y
t
= 12,22 + 0,0378X
1t
+ 0,252X
2t
; 100R
2
= 85,74%
gdzie:
X
1t
– nawożenie kg NPK na 1 ha UR,
X
2t
– jednostki siły pociągowej na 100 ha UR.
Reszty () = 9,97 – 0,6287
oCVI
100 R2 = 13,87 F = 5,89
- regresja ogólnej tendencji jako funkcja czynników ją
kształtujących,
- regresja odchyleń od ogólnej tendencji jako funkcja warunków
hydrotermicznych.
t
t
t
Z
Y
Y
t
Y
t
Z
Budowa prognozy
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
Rzeczywiste i prognozowane plony zbóż w oparciu o model przyczynowo-opisowy
10
15
20
25
30
35
1960 1963 1966 1969 1972 1975 1978 1981 1984 1987 1990 1993 1996 1999
rzeczywiste
obliczone z modelu
Rok
Nawożenie
kg NPK/ha
Siła
pociągowa
Jsp/100 ha
UR
Temperatury
Powietrza w
czerwcu
o
C
Prognoza
plonów
W dt/ha
Przedział
Prognozy
Prognoza
+-
odchylenie
standardowe
1998
90
57
16
29,9
28,0-31,8
1999
95
58
16
30,3
28,4-32,2
2000
100
59
16
30,7
28,8-32,6
Ustalenie
wartości
zmiennych
objaśniających w okresie prognozowanym
»
arbitralna ocena - stosowana w
symulacjach
»
metoda ekstrapolacji ich tendencji
»
łączenie wyników wielu metod.
MODELOWANIE EKONOMETRYCZNE
Wykorzystanie modeli ekonometrycznych do symulacji
Symulacja to odpowiedź jak zareaguje opisany przez
model system pod wpływem bodźca (ów) zewnętrznego,
bądź zmiany w strukturze tego systemu
„Badanie rzeczywistego systemu za pomocą
eksperymentów na modelu mających dać odpowiedź na
pytanie jak zachowałby się w pewnych warunkach danym
modelem obiekt odwzorowany”
Praktycznie odpowiedzi dotyczą:
1. Jakie byłyby wartości zmiennych endogenicznych,
gdyby zmienne egzogeniczne przyjęły określone
wartości?
2. Jak należałoby dobrać wartości zmiennych
egzogenicznych, by uzyskać określone wartości
zmiennych endogenicznych?
Symulacja cd.
Symulacja prosta – gdy zmieniane są wartości tylko
jednej egzogenicznej
Symulacja złożona – zmieniane są jednocześnie wartości
kilku zmiennych egzogenicznych
Symulacja deterministyczna (nie zmieniają się parametry
modelu) i stochastyczna (zakłócenia wprowadzone do
modelu przyjmują wartości losowe)
Efekt symulacji – różne warianty rozwoju zjawiska
Modele autoregresyjne
Pojęcie:
Modele autoregresyjne określają związek funkcyjny
między wartościami zmiennej prognozowanej w okresie t
a wartościami tej samej zmiennej z okresów poprzednich
t-1, t-2,…,t-p z dokładnością do składnika losowego
Kiedy znajdują zastosowanie:
- popyt na wiele dóbr charakteryzuje się cyklami
opóźnień związanych z okresem użytkowania,
- nie trzeba stosować wiele zmiennych
Proces autoregresji AR(p)
Ogólna postać modelu:
Y
t
= f(Y
t-1,
Y
t-2,
…,Y
t-m, Et
)
,
Wartość zmiennej Y
t
pozostaje w funkcyjnej zależności od
wartości tej zmiennej w momentach poprzedzających
badany okres oraz od składnika losowego (
Et
)
Najczęściej funkcja jest liniowa lub logarytmiczno-liniowa
Funkcja liniowa ma postać:
0
t
Y