跳到主要内容

时间序列分析

时间序列分解法

一次性把序列拆成趋势、季节与不规则三项,用来看峰谷和季节调整,而不是估计 (P,D,Q) 或递归更新三个折扣。

更新日期 2026-08-29 时序

这篇能回答什么

时间序列分解回答的是:「这条等间隔序列里,长期走向、按周期 s 重复的季节、以及剩下的不规则,各长什么样」。可加写 y_t=T_t+S_t+I_t,三项相加还原观测;可乘写 y_t=T_t S_t I_t,季节是围绕 1 的指数。教学图是四面板:原序列、一条近乎直线的趋势(约从 20 走到 25.5)、幅度约 ±3 且每 12 期重复的季节波、以及在 0 附近晃的残差。

占用表按季节相位切三个互斥期箱:峰相位箱(类别 A)、谷相位箱(类别 B)、过渡相位箱(类别 C)。教学合计 355:峰 85(23.94%),谷 75(21.13%),过渡 195(54.93%)。过渡箱超过一半,说明多数期既不是波峰也不是波谷——这是相位直方图,不是「残差占了 54.93% 的方差」。

什么时候不该用

你要的是带季节因子的短预报,主方法是Winters,本页默认不沿 T+S 外推。要把季节写成滞后多项式并给区间,用SARIMA。只要差分看是否平稳,用差分分析和ADF。定 (p,q) 看截尾,用(偏)自相关,不要把低频趋势写成 AR(1)。

如何选择方法

先问输出是解释图还是预报方程。要四面板、季节调整序列、相位占用 → 本页。要递归更新 ℓ、b、s 并抄下一季 → Winters。要 (p,d,q)(P,D,Q)_s 与区间 → SARIMA。可加 / 可乘在分解与 Winters 里同名:振幅不随水平变大选可加(本页季节波锁在 ±3,与可加同向);高峰按比例拉开选可乘。

  • 分解法:1 条定量序列 + 周期 s + 可加/可乘;输出 T/S/I 四面板与峰/谷/过渡相位占用。

  • Winters:三次折扣,目的是预报,不是一次性拆分。

  • SARIMA:季节是 Φ(B^s)、Θ(B^s) 与 D 次季节差分,不是 ±3 的确定波。

  • 差分 / ACF:预处理与定阶,不产出季节指数向量。

输入、输出与限制

输入

分析序列须为定量、等间隔,并指定季节周期 s。可加或可乘在运行前选定。时间列只负责排序与给横轴贴「时期」。缺失按列删除后,两端在中心移动平均抽趋势时可能各缺若干点。

  • 分析序列:最少 1 个,最多 1 个,定量。

  • 季节周期 s:正整数;教学图按 12 画出四圈。

  • 可加 / 可乘:决定还原是相加还是相乘。

输出

占用表给出峰、谷、过渡相位箱的频数与占比。图为四行共用横轴:原序列、趋势、季节、残差。季节调整序列若出现在工作台,可加时是 y−S,可乘时是 y/S。本页主表不是预报表。

产品限制

  • 有效期数建议不少于 2s,教学图约 48 期、4 个循环。

  • 合计 355 是相位箱条数,不必等于 48。

  • 类别 A/B/C 不是趋势/季节/残差的方差份额。

  • 直线趋势是抽出的 T_t,不是 Holt 的外推斜线。

  • 本页不估计 Φ、Θ,也不输出预测区间。

案例

研究问题。 约 48 期的序列既往上走,又每 12 期重复一圈峰谷。写报告需要先展示「趋势单独是一条缓坡、季节单独是 ±3 的规则波」,再决定要不要做季节调整或交给 SARIMA。现在还不要下一季的点预测。

教学占用合计 355:峰相位 85(23.94%),谷相位 75(21.13%),过渡相位 195(54.93%)。过渡箱最厚,符合正弦型季节——大部分期处在爬坡或下坡,真正贴顶或贴底的箱子更少。下载时间序列表后,可用「annual」产值看慢漂(季节会很弱),或用更长的月度列看 12 期循环。占用 355 与 20 年产值不必对账。

下载教学示例表(时间序列)

在 StatsX 中操作

  1. 步骤 1 · 送入工作台

    打开工作台,把 Excel / CSV / JSON 拖进上传区。练习规则季节用能数出 12 期循环的列;练习「拆不开」用短年度产值。单文件不超过 20 MB。

  2. 步骤 2 · 选定可加或可乘

    原序列峰谷垂直距离几乎不随趋势抬高,勾可加(与本页 ±3 的季节波一致)。高峰按比例变高,勾可乘。s 先按业务写成 12 或 4。

  3. 步骤 3 · 选「时间序列分解法」

    在算法目录搜「分解」,点选时间序列分解法。不要点 Winters:那边会外推,四面板不是默认产品。

  4. 步骤 4 · 指定序列与周期

    分析序列勾一列,周期填 12。点运行。不要把截面编号当时期。

  5. 步骤 5 · 对四面板与相位箱

    趋势应光滑,季节应每 s 期重复,残差应失去明显节拍。过渡箱厚于峰、谷箱是相位占用的正常形状,不要改口写成「残差失败」。

StatsX 工作台上传供时间序列分解的序列
将教学示例表拖入工作台上传区。
列画像确认可分解的定量序列
核对待分解列为定量、间隔整齐。
在目录中选择时间序列分解法
在算法目录中选定「时间序列分解法」。
为分解指定序列、周期与可加或可乘
分析序列勾选定量列并设定 s 与分解模式后运行。

如何阅读输出

占用表把 355 条相位记录分进三箱。峰相位 85(23.94%),谷相位 75(21.13%),过渡相位 195(54.93%)。不要把 54.93% 写成「不规则项贡献了一半变异」;方差分解若出现在工作台,是另一套数字。

时间序列分解法结果表
项目类别统计量取值
时间序列分解法类别 A频数85
时间序列分解法类别 B频数75
时间序列分解法类别 C频数195
时间序列分解法合计有效样本 N355
时间序列分解法类别 A占比(%)23.94
时间序列分解法类别 B占比(%)21.13
时间序列分解法类别 C占比(%)54.93

左右滑动可查看完整表格

教学示例表在 StatsX 工作台中的计算结果口径。

时间序列分解峰、谷与过渡相位占用表
工作台中的季节相位分箱,数字应与上表一致。
原序列、直线趋势、十二期重复的加减季节波与零附近残差四面板
趋势近乎直线;季节波幅度固定约 ±3、周期 12,这是可加分解。残差失去重复节拍。完整数字以工作台为准。

四面板能还原时,可加应有 T+S+I≈y。季节波不随趋势从 20 抬到 25.5 而变高,所以不要改口写成可乘。过渡箱 54.93% 最厚,只说明正弦波大部分时间在过零,不是分解失败。若残差里仍看得到每 12 期的尖,s 填错或应用可乘 / STL。

阅读顺序:s 是否写对 → 趋势是否只剩慢走 → 季节是否每圈重复且幅度模式匹配可加或可乘 → 残差还剩不剩节拍 → 相位箱是否过渡最厚。要短预报用 Winters;要 (P,D,Q)_s 用 SARIMA;只要差分用差分页。

理论与公式

经典可加分解把观测写成三项之和,抽出的季节在各圈重复,残差吃掉剩下的东西:

可乘分解改用乘积,季节指数围绕 1,一个周期内常约束为平均 1:

实务上 T_t 常用长度为 s 的中心移动平均;S_t 是去掉趋势后按相位平均(可加用 y−T,可乘用 y/T)。本页教学图的季节波锁在 ±3、趋势近乎直线,与可加一致。Winters 的可加 / 可乘与这里同名,但用 α、β、γ 递归更新并默认外推。SARIMA 不产出一张确定的 S 向量,而是估计季节滞后多项式与季节差分:Δ_s^D y_t 上的 Φ(B^s)、Θ(B^s)。相位占用把 |S_t| 大的期记入峰或谷箱,其余记入过渡箱,它不是 Var(I)/Var(y)。

注意事项

  • 过渡箱厚 ≠ 分解失败;正弦波大部分时间本来就在过零。

  • 直线趋势不是 Holt 外推,末端不要沿这条线再画六年。

  • 可加季节 ±3 不能抄进可乘指数;先统一模式。

  • 355 是相位箱条数,写方法时同时报告 s、可加或可乘、以及原始期数。

  • 两端在抽趋势时可能缺值,不要把缺的几期当成残差异常。

  • 残差若仍有 12 期尖峰,先改 s 或改可乘 / 更灵活的 STL,而不是加大解释力度。

常见问题

参考文献

  • Cleveland, R. B., Cleveland, W. S., McRae, J. E., & Terpenning, I. STL: A seasonal-trend decomposition procedure based on loess[J]. Journal of Official Statistics, 1990, 6(1): 3–73.

  • Shiskin, J., Young, A. H., & Musgrave, J. C. The X-11 Variant of the Census Method II Seasonal Adjustment Program[R]. U.S. Bureau of the Census.

  • Hyndman, R. J., & Athanasopoulos, G. Forecasting: Principles and Practice[M]. OTexts.

  • Findley, D. F., Monsell, B. C., Bell, W. R., Otto, M. C., & Chen, B. C. New capabilities and methods of the X-12-ARIMA seasonal-adjustment program[J]. Journal of Business & Economic Statistics, 1998, 16(2): 127–152.