假设 有时间序列数据，如下所示。经验表明，目标变量y似乎与解释变量x有关。然而，乍一看，y在水平中间波动，所以它似乎并不总是有稳定的关系（背后有多个状态）。
上面的样本数据创建如下。x和y之间的关系数据根据时间改变。
x <- rpois(500, lambda = 10) y1 <- x * 4 + 20 y2 <- x * 2 + 60 noise <- rnorm(1:500, mean = 10, sd = 5) y1 <- y1 + noise y2 <- y2 + noise y <- c(y1[1:200], y2[201:400], y1[401:500]) observed <- data.frame(x = x, y = y)
x和y1，y2之间的关系如下图所示。
数据
在马尔可夫转换模型中，观察数据被认为是从几个状态生成的，并且如上所示可以很好地分离。
观察到的数据
创建马尔可夫转换模型
模型公式
# Call: # lm(formula = y ~ x, data = observed) # # Residuals: # Min 1Q Median 3Q Max # -24.303 -9.354 -1.914 9.617 29.224 # # Coefficients: # Estimate Std. Error t value Pr(>|t|) # (Intercept) 45.7468 1.7202 26.59 <2e-16 *** # x 3.2262 0.1636 19.71 <2e-16 *** # --- # Signif. codes: # 0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1 # # Residual standard error: 11.51 on 498 degrees of freedom # Multiple R-squared: 0.4383, Adjusted R-squared: 0.4372 # F-statistic: 388.7 on 1 and 498 DF, p-value: < 2.2e-16
参数的含义是
k：马尔可夫转换模型的状态数。在这里，它被指定为后面有两个状态。sw：指定每个参数在状态更改时是否更改p：AR模型系数family:(在GLM的情况下）概率分布族
# 马尔可夫转换模型 # # AIC BIC logLik # 3038.846 3101.397 -1513.423 # # Coefficients: # # Regime 1 # --------- # Estimate Std. Error t value Pr(>|t|) # (Intercept)(S) 69.3263 4.0606 17.0729 <2e-16 *** # x(S) 2.1795 0.1187 18.3614 <2e-16 *** # y_1(S) -0.0103 0.0429 -0.2401 0.8103 # --- # Signif. codes: 0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1 # # Residual standard error: 4.99756 # Multiple R-squared: 0.6288 # # Standardized Residuals: # Min Q1 Med Q3 Max # -1.431396e+01 -2.056292e-02 -1.536781e-03 -1.098923e-05 1.584478e+01 # # Regime 2 # --------- # Estimate Std. Error t value Pr(>|t|) # (Intercept)(S) 30.2820 1.7687 17.1210 <2e-16 *** # x(S) 3.9964 0.0913 43.7722 <2e-16 *** # y_1(S) -0.0045 0.0203 -0.2217 0.8245 # --- # Signif. codes: 0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1 # # Residual standard error: 4.836684 # Multiple R-squared: 0.8663 # # Standardized Residuals: # Min Q1 Med Q3 Max # -13.202056966 -0.771854514 0.002211602 1.162769110 12.417873232 # # Transition probabilities: # Regime 1 Regime 2 # Regime 1 0.994973376 0.003347279 # Regime 2 0.005026624 0.996652721
- 输出中的状态1和状态2表示后面的两个状态 。
# Regime 1 # --------- # Estimate Std. Error t value Pr(>|t|) # (Intercept)(S) 69.3263 4.0606 17.0729 <2e-16 *** # x(S) 2.1795 0.1187 18.3614 <2e-16 *** # y_1(S) -0.0103 0.0429 -0.2401 0.8103
y1 <- x * 4 + 20
- 可以看到状态2 与之兼容。
可以说从调整后的R方值整体上有所改善。
# Regime 2 # --------- # Estimate Std. Error t value Pr(>|t|) # (Intercept)(S) 30.2820 1.7687 17.1210 <2e-16 *** # x(S) 3.9964 0.0913 43.7722 <2e-16 *** # y_1(S) -0.0045 0.0203 -0.2217 0.8245
模型
对于每个状态，处于该状态的概率以阴影绘制
每个时间点的概率
每次获取状态和更改点
如果你想知道你在某个特定时间点所在的regime，那么就选择那个时刻概率最高的 。
> probable [1] 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 [30] 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ...
异常值/变化点是状态更改的时间
c(FALSE, diff(probable) != 0) [1] FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE [11] FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE ... [181] FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE [191] FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE TRUE [201] FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE ... [381] FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE [391] FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE TRUE [401] FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE ... [491] FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE FALSE
因此，我们可以看到检测到在第一次数据创建时指定的变化点。
