0

0

如何在 Python 中生成非零均值且全为正数的 AR(2) 时间序列样本

心靈之曲

心靈之曲

发布时间:2026-01-06 14:00:31

|

461人浏览过

|

来源于php中文网

原创

如何在 Python 中生成非零均值且全为正数的 AR(2) 时间序列样本

本文详解如何利用 `statsmodels` 和自定义分布(如对数正态分布)生成具有非零均值、严格正值的 ar(2) 时间序列,规避默认零均值限制,并提供可复现的完整实现与验证方法。

在使用 statsmodels.tsa.arima_process.ArmaProcess 生成自回归(AR)序列时,其底层实现默认假设白噪声项(innovation term)服从零均值分布(如标准正态),因此直接调用 generate_sample() 得到的 AR 过程样本虽满足指定 AR 系数结构,但整体均值仍由噪声均值主导——通常接近于零。但这并不意味着无法获得非零均值或正值序列;关键在于:控制驱动噪声的分布本身

你当前代码中已正确迈出最关键的一步:通过 distrvs=rng.lognormal 指定对数正态分布作为创新项(即白噪声输入)。由于对数正态分布天然满足 X > 0 且 E[X] = exp(μ + σ²/2) > 0,因此生成的 AR 序列将自动具备严格正值非零(正)均值特性——无需额外加常数偏移。

以下是优化后的完整实践方案:

import numpy as np
from statsmodels.tsa.arima_process import ArmaProcess

# 固定随机种子以保证可复现性
rng = np.random.default_rng(12345)

# 注意:ArmaProcess 要求 AR 多项式系数以 [1, -φ₁, -φ₂, ...] 格式传入
# 你原代码中 ar_1 = [2, -0.25, -0.25] 实际对应 φ₁=0.25, φ₂=0.25,但首项应为 1(归一化)
# 正确写法(推荐):
ar_1 = np.array([1, -0.25, -0.25])   # AR(2): X_t = 0.25 X_{t-1} + 0.25 X_{t-2} + ε_t
ar_2 = np.array([1, -0.5, -0.25])    # AR(2): X_t = 0.5 X_{t-1} + 0.25 X_{t-2} + ε_t
ma1 = np.array([1])

# 使用对数正态分布生成正值创新项:shape=(σ), scale=exp(μ)
# 例如:lognormal(μ=0, σ=1) → 均值 ≈ 1.65,最小值 > 0
def lognormal_noise(size):
    return rng.lognormal(mean=0.0, sigma=1.0, size=size)

# 生成样本(n=7200,即 2 小时每秒 1 点)
nsample = 2 * 60 * 60
ar1_proc = ArmaProcess(ar_1, ma1)
ar1_dat = ar1_proc.generate_sample(nsample=nsample, distrvs=lognormal_noise)

ar2_proc = ArmaProcess(ar_2, ma1)
ar2_dat = ar2_proc.generate_sample(nsample=nsample, distrvs=lognormal_noise)

# 验证:确保全为正数且均值显著非零
print(f"AR1 min: {ar1_dat.min():.6f}, mean: {ar1_dat.mean():.6f}")
print(f"AR2 min: {ar2_dat.min():.6f}, mean: {ar2_dat.mean():.6f}")
assert np.all(ar1_dat > 0) and np.all(ar2_dat > 0), "存在非正值!"

关键说明与注意事项

创一AI
创一AI

AI帮你写短视频脚本

下载

立即学习Python免费学习笔记(深入)”;

  • ArmaProcess 的 ar 参数需为归一化形式(首项为 1),否则可能导致数值不稳定或非平稳行为;你原代码中的 [2, -0.25, -0.25] 实质上等价于缩放后的模型,建议统一使用 [1, ...] 形式。
  • rng.lognormal() 默认参数 mean=0, sigma=1 已确保输出恒正;若需调控均值/方差,可调整 mean(即 μ)和 sigma(即 σ)——注意 mean 是对数尺度下的均值,非原始尺度。
  • 无需手动添加常数项(如 +c)来平移序列:对数正态噪声本身已赋予序列内在正均值,且保持 AR 结构完整性。
  • 如需更高精度验证“永不出现负值”,可运行轻量级蒙特卡洛检验(如答案中所示),实测 min > 0.0048,远高于浮点误差阈值。

综上,生成非零均值、全正值 AR(2) 样本的核心不是修改 AR 模型本身,而是选择支持正支撑集(positive support)的创新分布——对数正态分布是最自然、最稳健的选择。

相关专题

更多
python开发工具
python开发工具

php中文网为大家提供各种python开发工具,好的开发工具,可帮助开发者攻克编程学习中的基础障碍,理解每一行源代码在程序执行时在计算机中的过程。php中文网还为大家带来python相关课程以及相关文章等内容,供大家免费下载使用。

734

2023.06.15

python打包成可执行文件
python打包成可执行文件

本专题为大家带来python打包成可执行文件相关的文章,大家可以免费的下载体验。

631

2023.07.20

python能做什么
python能做什么

python能做的有:可用于开发基于控制台的应用程序、多媒体部分开发、用于开发基于Web的应用程序、使用python处理数据、系统编程等等。本专题为大家提供python相关的各种文章、以及下载和课程。

753

2023.07.25

format在python中的用法
format在python中的用法

Python中的format是一种字符串格式化方法,用于将变量或值插入到字符串中的占位符位置。通过format方法,我们可以动态地构建字符串,使其包含不同值。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

617

2023.07.31

python教程
python教程

Python已成为一门网红语言,即使是在非编程开发者当中,也掀起了一股学习的热潮。本专题为大家带来python教程的相关文章,大家可以免费体验学习。

1258

2023.08.03

python环境变量的配置
python环境变量的配置

Python是一种流行的编程语言,被广泛用于软件开发、数据分析和科学计算等领域。在安装Python之后,我们需要配置环境变量,以便在任何位置都能够访问Python的可执行文件。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读。

547

2023.08.04

python eval
python eval

eval函数是Python中一个非常强大的函数,它可以将字符串作为Python代码进行执行,实现动态编程的效果。然而,由于其潜在的安全风险和性能问题,需要谨慎使用。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读。

577

2023.08.04

scratch和python区别
scratch和python区别

scratch和python的区别:1、scratch是一种专为初学者设计的图形化编程语言,python是一种文本编程语言;2、scratch使用的是基于积木的编程语法,python采用更加传统的文本编程语法等等。本专题为大家提供scratch和python相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

705

2023.08.11

PPT动态图表制作教程大全
PPT动态图表制作教程大全

本专题整合了PPT动态图表制作相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

13

2026.01.07

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
最新Python教程 从入门到精通
最新Python教程 从入门到精通

共4课时 | 0.6万人学习

Django 教程
Django 教程

共28课时 | 2.8万人学习

SciPy 教程
SciPy 教程

共10课时 | 1万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号