Depois que um modelo ARMA é adequado a uma série temporal, é comum verificar os resíduos pelo teste do portmanteau de Ljung-Box (entre outros testes). O teste Ljung-Box retorna um valor de p. Ele possui um parâmetro, h , que é o número de defasagens a serem testadas. Alguns textos recomendam o uso de h = 20; outros recomendam o uso de h = ln (n); a maioria não diz o que h usar.
Em vez de usar um valor único para h , suponha que eu faça o teste de Ljung-Box para todos os h <50 e depois escolha o h que fornece o valor mínimo de p. Essa abordagem é razoável? Quais são as vantagens e desvantagens? (Uma desvantagem óbvia é o aumento do tempo de computação, mas isso não é um problema aqui.) Existe literatura sobre isso?
Para elaborar um pouco .... Se o teste der p> 0,05 para todo h , então obviamente as séries temporais (resíduos) passam no teste. Minha pergunta diz respeito a como interpretar o teste se p <0,05 para alguns valores de he não para outros valores.
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Respostas:
A resposta definitivamente depende de: Para que estão realmente tentando usar o teste ?Q
O motivo comum é: estar mais ou menos confiante em relação à significância estatística conjunta da hipótese nula de nenhuma autocorrelação até lag (alternativamente, assumindo que você tenha algo próximo a um ruído branco fraco ) e criar umh modelo parcimonioso , tendo tão pouco número de parâmetros possível.
Normalmente, os dados de séries temporais possuem padrão sazonal natural, portanto, a regra prática seria definirh para o dobro desse valor. Outro é o horizonte de previsão, se você usar o modelo para prever necessidades. Por fim, se você encontrar algumas partidas significativas nessas últimas defasagens, tente pensar nas correções (isso pode ser devido a alguns efeitos sazonais ou os dados não foram corrigidos para valores extremos).
É um teste conjunto de significância ; portanto, se a escolha de é orientada por dados, por que devo me preocupar com pequenas partidas (ocasionais?) Com um atraso menor que h , supondo que seja muito menor do que n, é claro (o poder do teste que você mencionou). Procurando encontrar um modelo simples, mas relevante, sugiro os critérios de informação descritos abaixo.h h n
Portanto, vai depender de quão longe do presente isso acontece. Desvantagens de partidas distantes: mais parâmetros para estimar, menos graus de liberdade, pior poder preditivo do modelo.
Tente estimar o modelo, incluindo as partes MA e \ ou AR no intervalo em que a partida ocorre E observe adicionalmente um dos critérios de informação (AIC ou BIC, dependendo do tamanho da amostra), para obter mais informações sobre qual modelo é mais parcimonioso. Quaisquer exercícios de previsão fora da amostra também são bem-vindos aqui.
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Suponha que especificamos um modelo simples de AR (1), com todas as propriedades usuais,
Denote a covariância teórica do termo de erro como
Se pudéssemos observar o termo do erro, a autocorrelação da amostra do termo de erro é definida como
Onde
Mas, na prática, não observamos o termo de erro. Portanto, a autocorrelação da amostra relacionada ao termo do erro será estimada usando os resíduos da estimativa, conforme
A estatística Q de Box-Pierce (a Ljung-Box Q é apenas uma versão em escala assintoticamente neutra) é
Nossa questão é exatamente se pode ser dito ter asymptotically uma distribuição qui-quadrado (sob a hipótese nula de não autocorellation no termo de erro) neste modelo. Para que isso aconteça, todos e todos de √QBP n−−√ρ^j tem a mesma distribuição assintótica como√n−−√ρ^ (que é construído usando os erros verdadeiros e, portanto, tem o comportamento assintótico desejado sob o nulo).n−−√ρ~
deve ser assintoticamente padrão normal. Uma maneira de verificar isso é examinar se√
Nós temos isso
onde β é um estimador consistente. entãoβ^
A amostra é considerada estacionária e ergódica e supõe-se que existam momentos até a ordem desejada. Desde o é consistente, isso é suficiente para as duas somas para ir para zero. Então concluímosβ^
Isso implica que
Mas isso não garante automaticamente que converge para √n−−√ρ^j n−−√ρ~j (na distribuição) (pense que o teorema do mapeamento contínuo não se aplica aqui porque a transformação aplicada às variáveis aleatórias depende de ). Para que isso aconteça, precisamosn
(o denominador til ou hat - convergirá para a variação do termo de erro em ambos os casos, portanto é neutro para o nosso problema).γ0
Nós temos
Portanto, a pergunta é: faça essas duas somas, multiplicadas agora por , vá a zero em probabilidade, para que fiquemos com √n−−√ n−−√γ^j=n−−√γ~j assintoticamente?
Para a segunda soma, temos
Desde[n−−√(β^−β)] converges to a random variable, and β^ is consistent, this will go to zero.
For the first sum, here too we have that[n−−√(β^−β)] converges to a random variable, and so we have that
The first expected value,E[utyt−j−1] is zero by the assumptions of the standard AR(1) model. But the second expected value is not, since the dependent variable depends on past errors.
Son−−√ρ^j won't have the same asymptotic distribution as n−−√ρ~j . But the asymptotic distribution of the latter is standard Normal, which is the one leading to a chi-squared distribution when squaring the r.v.
Therefore we conclude, that in a pure time series model, the Box-Pierce Q and the Ljung-Box Q statistic cannot be said to have an asymptotic chi-square distribution, so the test loses its asymptotic justification.
This happens because the right-hand side variable (here the lag of the dependent variable) by design is not strictly exogenous to the error term, and we have found that such strict exogeneity is required for the BP/LB Q-statistic to have the postulated asymptotic distribution.
Here the right-hand-side variable is only "predetermined", and the Breusch-Pagan test is then valid. (for the full set of conditions required for an asymptotically valid test, see Hayashi 2000, p. 146-149).
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Before you zero-in on the "right" h (which appears to be more of an opinion than a hard rule), make sure the "lag" is correctly defined.
http://www.stat.pitt.edu/stoffer/tsa2/Rissues.htm
Quoting the section below Issue 4 in the above link:
"....The p-values shown for the Ljung-Box statistic plot are incorrect because the degrees of freedom used to calculate the p-values are lag instead of lag - (p+q). That is, the procedure being used does NOT take into account the fact that the residuals are from a fitted model. And YES, at least one R core developer knows this...."
Edit (01/23/2011): Here's an article by Burns that might help:
http://lib.stat.cmu.edu/S/Spoetry/Working/ljungbox.pdf
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The thread "Testing for autocorrelation: Ljung-Box versus Breusch-Godfrey" shows that the Ljung-Box test is essentially inapplicable in the case of an autoregressive model. It also shows that Breusch-Godfrey test should be used instead. That limits the relevance of your question and the answers (although the answers may include some generally good points).
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Escanciano and Lobato constructed a portmanteau test with automatic, data-driven lag selection based on the Pierce-Box test and its refinements (which include the Ljung-Box test).
The gist of their approach is to combine the AIC and BIC criteria --- common in the identification and estimation of ARMA models --- to select the optimal number of lags to be used. In the introduction of they suggest that, intuitively, ``test conducted using the BIC criterion are able to properly control for type I error and are more powerful when serial correlation is present in the first order''. Instead, tests based on AIC are more powerful against high order serial correlation. Their procedure thus choses a BIC-type lag selection in the case that autocorrelations seem to be small and present only at low order, and an AIC-type lag section otherwise.
The test is implemented in the
R
packagevrtest
(see functionAuto.Q
).fonte
The two most common settings aremin(20,T−1) and lnT where T is the length of the series, as you correctly noted.
The first one is supposed to be from the authorative book by Box, Jenkins, and Reinsel. Time Series Analysis: Forecasting and Control. 3rd ed. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1994.. However, here's all they say about the lags on p.314:
It's not a strong argument or suggestion by any means, yet people keep repeating it from one place to another.
The second setting for a lag is from Tsay, R. S. Analysis of Financial Time Series. 2nd Ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc., 2005, here's what he wrote on p.33:
This is a somewhat stronger argument, but there's no description of what kind of study was done. So, I wouldn't take it at a face value. He also warns about seasonality:
Summarizing, if you just need to plug some lag into the test and move on, then you can use either of these setting, and that's fine, because that's what most practitioners do. We're either lazy or, more likely, don't have time for this stuff. Otherwise, you'd have to conduct your own research on the power and properties of the statistics for series that you deal with.
UPDATE.
Here's my answer to Richard Hardy's comment and his answer, which refers to another thread on CV started by him. You can see that the exposition in the accepted (by Richerd Hardy himself) answer in that thread is clearly based on ARMAX model, i.e. the model with exogenous regressorsxt :
However, OP did not indicate that he's doing ARMAX, to contrary, he explicitly mentions ARMA:
One of the first papers that pointed to a potential issue with LB test was Dezhbaksh, Hashem (1990). “The Inappropriate Use of Serial Correlation Tests in Dynamic Linear Models,” Review of Economics and Statistics, 72, 126–132. Here's the excerpt from the paper:
As you can see, he doesn't object to using LB test for pure time series models such as ARMA. See also the discussion in the manual to a standard econometrics tool EViews:
Yes, you have to be careful with ARMAX models and LB test, but you can't make a blanket statement that LB test is always wrong for all autoregressive series.
UPDATE 2
Alecos Papadopoulos's answer shows why Ljung-Box test requires strict exogeneity assumption. He doesn't show it in his post, but Breusch-Gpdfrey test (another alternative test) requires only weak exogeneity, which is better, of course. This what Greene, Econometrics, 7th ed. says on the differences between tests, p.923:
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... h should be as small as possible to preserve whatever power the LB test may have under the circumstances. As h increases the power drops. The LB test is a dreadfully weak test; you must have a lot of samples; n must be ~> 100 to be meaningful. Unfortunately I have never seen a better test. But perhaps one exists. Anyone know of one ?
Paul3nt
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There's no correct answer to this that works in all situation for the reasons other have said it will depend on your data.
That said, after trying to figure out to reproduce a result in Stata in R I can tell you that, by default Stata implementation uses:min(n2−2,40) . Either half the number of data points minus 2, or 40, whichever is smaller.
All defaults are wrong, of course, and this will definitely be wrong in some situations. In many situations, this might not be a bad place to start.
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Let me suggest you our R package hwwntest. It has implemented Wavelet-based white noise tests that do not require any tuning parameters and have good statistical size and power.
Additionally, I have recently found "Thoughts on the Ljung-Box test" which is excellent discussion on the topic from Rob Hyndman.
Update: Considering the alternative discussion in this thread regarding ARMAX, another incentive to look at hwwntest is the availability of a theoretical power function for one of the tests against an alternative hypothesis of ARMA(p,q) model.
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