转自：https://blog.csdn.net/HHXUN/article/details/79858672
ARIMA模型的全称叫做自回归移动平均模型，全称是(ARIMA, Autoregressive Integrated Moving Average Model)。也记作ARIMA(p,d,q)，是统计模型(statistic model)中最常见的一种用来进行时间序列 预测的模型。
1. ARIMA的优缺点优点： 模型十分简单，只需要内生变量而不需要借助其他外生变量。
缺点：
1.要求时序数据是稳定的（stationary），或者是通过差分化(differencing)后是稳定的。
2.本质上只能捕捉线性关系，而不能捕捉非线性关系。
注意，采用ARIMA模型预测时序数据，必须是稳定的，如果不稳定的数据，是无法捕捉到规律的。比如股票数据用ARIMA无法预测的原因就是股票数据是非稳定的，常常受政策和新闻的影响而波动。
2. 判断是时序数据是稳定的方法。严谨的定义： 一个时间序列的随机变量是稳定的，当且仅当它的所有统计特征都是独立于时间的（是关于时间的常量）。
判断的方法：
稳定的数据是没有趋势(trend)，没有周期性(seasonality)的; 即它的均值，在时间轴上拥有常量的振幅，并且它的方差，在时间轴上是趋于同一个稳定的值的。可以使用Dickey-Fuller Test进行假设检验。（另起文章介绍）3. ARIMA的参数与数学形式ARIMA模型有三个参数:p,d,q。
p--代表预测模型中采用的时序数据本身的滞后数(lags) ,也叫做AR/Auto-Regressive项d--代表时序数据需要进行几阶差分化，才是稳定的，也叫Integrated项。q--代表预测模型中采用的预测误差的滞后数(lags)，也叫做MA/Moving Average项先解释一下差分： 假设y表示t时刻的Y的差分。
if?d=0,?yt=Ytif?d=1,?yt=Yt?Yt?1if?d=2,?yt=(Yt?Yt?1)?(Yt?1?Yt?2)=Yt?2Yt?1+Yt?2if?d=0,?yt=Ytif?d=1,?yt=Yt?Yt?1if?d=2,?yt=(Yt?Yt?1)?(Yt?1?Yt?2)=Yt?2Yt?1+Yt?2
ARIMA的预测模型可以表示为：
Y的预测值 = 常量c and/or 一个或多个最近时间的Y的加权和 and/or 一个或多个最近时间的预测误差。
假设p，q，d已知，
ARIMA用数学形式表示为：
yt?=μ+?1?yt?1+...+?p?yt?p+θ1?et?1+...+θq?et?qyt^=μ+?1?yt?1+...+?p?yt?p+θ1?et?1+...+θq?et?q
?
其中,?表示AR的系数，θ表示MA的系数其中,?表示AR的系数，θ表示MA的系数
4.ARIMA模型的几个特例1.ARIMA(0,1,0) = random walk:
当d=1，p和q为0时，叫做random walk，如图所示，每一个时刻的位置，只与上一时刻的位置有关。
预测公式如下：
Y?t=μ+Yt?1Y^t=μ+Yt?1
2. ARIMA(1,0,0) = first-order autoregressive model:
p=1, d=0,q=0。说明时序数据是稳定的和自相关的。一个时刻的Y值只与上一个时刻的Y值有关。
Y?t=μ+?1?Yt?1.where,??∈[?1,1],是一个斜率系数Y^t=μ+?1?Yt?1.where,??∈[?1,1],是一个斜率系数
3. ARIMA(1,1,0) = differenced first-order autoregressive model:
p=1,d=1,q=0. 说明时序数据在一阶差分化之后是稳定的和自回归的。即一个时刻的差分（y）只与上一个时刻的差分有关。
y?t=μ+?1?yt?1结合一阶差分的定义，也可以表示为：Y?t?Yt?1=μ+?1?(Yt?1?Yt?2)或者Y?t=μ+Yt?1+?1?(Yt?1?Yt?2)y^t=μ+?1?yt?1结合一阶差分的定义，也可以表示为：Y^t?Yt?1=μ+?1?(Yt?1?Yt?2)或者Y^t=μ+Yt?1+?1?(Yt?1?Yt?2)
4. ARIMA(0,1,1) = simple exponential smoothing with growth.
p=0, d=1 ,q=1.说明数据在一阶差分后市稳定的和移动平均的。即一个时刻的估计值的差分与上一个时刻的预测误差有关。
y?t=μ+α1?et?1注意q=1的差分yt与p=1的差分yt的是不一样的其中，y?t=Y?t?Y?t?1,?et?1=Yt?1?Y?t?1,设θ1=1?α1则也可以写成：Y?t=μ+Y?t?1+α1(Yt?1?Y?t?1)=μ+Yt?1?θ1?et?1y^t=μ+α1?et?1注意q=1的差分yt与p=1的差分yt的是不一样的其中，y^t=Y^t?Y^t?1,?et?1=Yt?1?Y^t?1,设θ1=1?α1则也可以写成：Y^t=μ+Y^t?1+α1(Yt?1?Y^t?1)=μ+Yt?1?θ1?et?1
5. ARIMA(2,1,2)
在通过上面的例子，可以很轻松的写出它的预测模型：
y?t=μ+?1?yt?1+?2?yt?2?θ1?et?1?θ2?et?2也可以写成:Y?t=μ+?1?(Yt?1?Yt?2)+?2?(Yt?2?Yt?3)?θ1?(Yt?1?Y?t?1)?θ2?(Yt?2?Y?t?2)y^t=μ+?1?yt?1+?2?yt?2?θ1?et?1?θ2?et?2也可以写成:Y^t=μ+?1?(Yt?1?Yt?2)+?2?(Yt?2?Yt?3)?θ1?(Yt?1?Y^t?1)?θ2?(Yt?2?Y^t?2)
6. ARIMA(2,2,2)
y?t=μ+?1?yt?1+?2?yt?2?θ1?et?1?θ2?et?2Y?t=μ+?1?(Yt?1?2Yt?2+Yt?3)+?2?(Yt?2?2Yt?3+Yt?4)?θ1?(Yt?1?Y?t?1)?θ2?(Yt?2?Y?t?2)y^t=μ+?1?yt?1+?2?yt?2?θ1?et?1?θ2?et?2Y^t=μ+?1?(Yt?1?2Yt?2+Yt?3)+?2?(Yt?2?2Yt?3+Yt?4)?θ1?(Yt?1?Y^t?1)?θ2?(Yt?2?Y^t?2)
7. ARIMA建模基本步骤
获取被观测系统时间序列数据；对数据绘图，观测是否为平稳时间序列；对于非平稳时间序列要先进行d阶差分运算，化为平稳时间序列；经过第二步处理，已经得到平稳时间序列。要对平稳时间序列分别求得其自相关系数ACF 和偏自相关系数PACF，通过对自相关图和偏自相关图的分析，得到最佳的阶层 p 和阶数 q由以上得到的d、q、p，得到ARIMA模型。然后开始对得到的模型进行模型检验。?
