网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

监测预警基础42-这次学透 ARIMA之第3讲:自相关 & 偏自相关

0
分享至


系列简介

这是我们一系列原创技术贴,从易到难,每天学习一点。所有内容均为疾控数据分析、科研论文相关,或者说很多和现在的热门监测预警相关,所以我们这个系列就叫“监测预警基础”。

今天是第42节,这算是我们一个小专题吧,大概11讲,我们细化,短篇化,彻底把ARIMA模型搞懂。

今天是学透ARIMA专题第3讲的内容,学习自相关和偏自相关,也是要理解后续内容非常重要的概念,是你要懂ARIMA就必须弄懂的概念。

上一篇我们搞定了 ARIMA 的第一道门槛:平稳性与差分。

把数据处理成平稳序列后,接下来就要给模型定阶——也就是确定 AR 的阶数 p 和 MA 的阶数 q。

很多同行学到这里会卡壳:自相关图(ACF)和偏自相关图(PACF),看着长得差不多,到底有啥区别?常说的 “截尾”“拖尾”,到底怎么判断?两个图看来看去,还是不知道 p 和 q 选几?

这一篇我们就用疾控场景的例子,彻底讲清这两个核心工具,全程不用记公式,看完就能看懂图、会初步定阶。


1. 从 “普通相关” 到 “自相关”
相关我们肯定都知道,我们平时说的相关系数,是衡量两个不同变量的关联,比如 “气温越低,流感病例数越高”,就是气温和流感病例的相关性。
自相关,顾名思义就是「自己和自己的相关」—— 衡量的是同一个时间序列里,当期数值和过去某一期数值的线性关联强度。简单说就是:过去的发病情况,和现在的发病情况,到底有多大关系?
我们用流感周病例数举例:
滞后 1 阶自相关就是本周病例数和上周病例数的关联程度;滞后 2 阶自相关就是本周病例数和上上周病例数的关联程度;滞后 52 阶自相关就是本周病例和去年同周病例的关联程度,用来判断有没有年度季节性。
2. 怎么解读自相关系数
自相关系数的取值固定在[-1, 1],非常好判断:
越接近 1:正相关越强,也就是过去发病多,现在大概率也多,发病有延续性; 越接近 - 1:负相关越强,过去发病多,现在反而少,有高低交替的规律; 接近 0:两者基本没有线性关联,过去的情况对现在没影响。
疾控的监测数据里,绝大多数传染病滞后 1 阶的自相关系数都很高(接近 1),因为发病有连续性 —— 上周病例多,本周大概率不会突然降下来,这也是我们能做预测的基础。
3.最关键的特点:它是「总相关」,包含所有间接影响
这也是它和偏自相关最核心的区别。
自相关系数算的是过去某一期对当期的全部影响,不管是直接作用,还是通过中间期传导的间接作用,全部累加在一起
还是用流感病例举例子,我们看 “上上周病例(滞后 2 阶)” 和 “本周病例” 的自相关,这里面藏着两条影响路径:第一是直接影响,也就是上上周的感染者潜伏期较长,到本周才确诊,直接贡献病例;第二是间接影响,是指上上周的感染者先传染给上周的人,上周的感染者再传染给本周的人,通过 “上周病例” 这个中间环节间接影响本周。
自相关系数,就是把这两条路径的影响全部加起来,得到的总关联强度。

1. “偏” 的核心:剔除中间干扰
“偏” 这个字,意思就是「排除其他因素干扰,单独看」。偏自相关系数,就是把中间所有滞后项的影响全部剔除后,只看某一个滞后期,对当期的纯直接影响
对应上面的流感例子:想知道上上周病例对本周病例有没有直接作用,我们就先把 “上周病例数” 固定住 —— 相当于所有样本的上周病例数都一样,堵死 “上上周→上周→本周” 这条间接路径。这时候再看上上周和本周的关联,剩下的相关性,就是滞后 2 阶的偏自相关系数。
如果固定上周的数值后,上上周和本周就没关系了,说明它们之前的相关性全是靠上周 “中转” 的,没有直接影响,偏自相关系数就会接近 0;如果还有明显关联,就说明存在直接作用。
2. 一个好懂的类比
可以把它想象成家族遗传的相似度:自相关(ACF)是爷爷和孙子的总相似度,里面包含了爸爸的遗传中转,是整个家族血脉的总关联;偏自相关(PACF)是排除了爸爸的基因影响后,爷爷和孙子的直接遗传相似度,只保留最直接的关联。

定阶的核心概念:截尾 vs 拖尾
定阶就是确定p/d/q分别是多少,d是根据我们上一节讲的差分来确定的,p和q是根据我们这一节讲的自相关和偏自相关定的。
看懂了自相关和偏自相关两个系数的含义,接下来要认识两个定阶的关键特征:截尾拖尾这两个词听着抽象,其实非常好理解。
截尾就是到某一阶突然 “断了”。截尾,就像用刀切尾巴,到了某一阶之后,相关系数突然全部落入 0 附近的置信区间(图里的两条虚线),没有统计显著性了,相当于相关性直接消失了。简单判断标准就是超过第 k 阶之后,几乎所有柱子都在两条虚线之间,都接近 0,那就是 k 阶截尾
拖尾就是慢慢衰减,一直 “拖着”。拖尾,就是相关系数不会突然消失,而是逐渐向 0 衰减,可能是慢慢下降,也可能是正弦波动,一直有小幅的波动,不会齐刷刷掉进置信区间里,相当于尾巴拖着慢慢消失。简单判断标准是超过很多阶之后,还是有柱子偶尔超出虚线,整体缓慢衰减,就是拖尾

ACF 和 PACF 是一对互补的工具,两者的截尾 / 拖尾特征组合起来,就能直接判断模型类型和阶数,这是 ARIMA 手动定阶的核心规则。

我们直接对应疾控常用的场景,给大家整理成好懂的规则:


对于新手来说,
1. 一定先平稳,再看图非平稳的序列,ACF 图会出现缓慢下降的趋势,前几十阶都显著为正,根本没法判断截尾拖尾。永远遵循上一篇的流程:先做平稳性检验,数据平稳了,再画 ACF/PACF 图定阶,否则看了也白看。
2. 真实数据不用死抠 “完美截尾”

教材里的理论模型数据,截尾会非常整齐,但我们疾控的真实监测数据,往往会有个别阶数偶尔超出置信区间,不用死抠完美标准。只要大部分滞后项都落入区间,整体呈现截尾趋势,就可以初步定阶。拿不准的时候,配合auto.arima()自动定阶的结果交叉验证就可以,不用死磕手动看图。

看懂了定阶的工具,下一篇我们就正式拆解 AR、MA、ARMA 三个基础模型。

把这篇的定阶规则和模型原理对应起来,彻底搞懂 ARIMA 里的 p 和 q 到底代表什么,模型到底在拟合什么规律。

参考:

《时间序列分析-基于R》. [M] .王燕.中国人民大学出版社出版

传染病预测预警技术及实践案例分析. [M]. 杨鹏, 王小莉. 人民卫生出版社



编辑:普通疾控人 | 审核:诗酒趁年华

文章来源 | 原创

说明 | 转载只为分享,如有侵权联系删除

©版权声明 | 部分信息和图片来自公开网络

转载请注明

再次转载请注明出处


科普健康 | 宣传疾控

本号为多位疾控机构从业者运营

重点关注国内外健康事件

致力于疾控科普

在做好科普服务大众的同时

做好疾控机构的宣传

让更多的人了解疾控,拥抱健康

欢迎加「小编」微信(cdcjkr126com)

本文具体说明

本文为原创内容,文章为个人理解所学,不涉及疫情信息及内部保密数据,发表的目的为自我总结及给有需求的人士学习使用。如有不妥之处,欢迎联系小编修改、删除。

更多精彩视频,尽在“CDC疾控人”视频号


特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
中央气象台:今晚到明晚,海南岛、新疆、内蒙古、黑龙江、甘肃、四川、贵州、云南、台湾岛等地有小到中雨,海南岛中东部有暴雨或大暴雨

中央气象台:今晚到明晚,海南岛、新疆、内蒙古、黑龙江、甘肃、四川、贵州、云南、台湾岛等地有小到中雨,海南岛中东部有暴雨或大暴雨

蓬勃新闻
2026-10-07 17:54:32
国庆高速数据彻底打脸!油电大势已定,再也回不去了

国庆高速数据彻底打脸!油电大势已定,再也回不去了

华庭讲美食
2026-10-06 02:59:29
热苏斯:我读了C罗的声明,现在我要和往常一样去足协工作

热苏斯:我读了C罗的声明,现在我要和往常一样去足协工作

懂球帝
2026-10-07 17:37:19
张之臻上海大师赛1-2遭马哈奇逆转止步首轮,周杰伦昆凌、许昕姚彦夫妇到现场观赛

张之臻上海大师赛1-2遭马哈奇逆转止步首轮,周杰伦昆凌、许昕姚彦夫妇到现场观赛

大风新闻
2026-10-07 18:58:08
染红后微笑离场!前国脚怒批韦世豪:不顾集体利益 惯犯 永远改不了

染红后微笑离场!前国脚怒批韦世豪:不顾集体利益 惯犯 永远改不了

风过乡
2026-10-07 08:23:48
俄罗斯鼠疫信息被指不透明,免签国人员要小心了,鼠疫属于甲类传染病,新冠还是乙类传染病,比新冠要严重很多,肺鼠疫未治疗死亡100%

俄罗斯鼠疫信息被指不透明,免签国人员要小心了,鼠疫属于甲类传染病,新冠还是乙类传染病,比新冠要严重很多,肺鼠疫未治疗死亡100%

村里的月光
2026-10-07 15:16:19
俄媒:俄鼠疫感染区医院暴发瘟疫,出现第二例死亡病例

俄媒:俄鼠疫感染区医院暴发瘟疫,出现第二例死亡病例

阿尔卑斯瞭望
2026-10-07 14:05:52
被记者拦车采访,葡萄牙主帅热苏斯回应C罗长文声明:我没什么可说的;葡媒:热苏斯团队已提前知晓C罗声明,且认为内容可以接受

被记者拦车采访,葡萄牙主帅热苏斯回应C罗长文声明:我没什么可说的;葡媒:热苏斯团队已提前知晓C罗声明,且认为内容可以接受

大风新闻
2026-10-07 14:06:14
据说,每天有3万人退场

据说,每天有3万人退场

一条要飞跃的咸鱼
2026-10-07 08:49:43
大结局!东航“最霸气”乘客欧某某,这次终于踢到铁板了,真容曝光,全网社死

大结局!东航“最霸气”乘客欧某某,这次终于踢到铁板了,真容曝光,全网社死

静若梨花
2026-10-06 14:15:09
闹大了!网红解密川剧变脸账号消失,变脸是国家二级机密?网友:封号或另有原因

闹大了!网红解密川剧变脸账号消失,变脸是国家二级机密?网友:封号或另有原因

火山詩话
2026-10-07 07:44:10
诺贝尔化学奖揭晓,两位化学家共同获奖

诺贝尔化学奖揭晓,两位化学家共同获奖

澎湃新闻
2026-10-07 18:14:07
全程堵死!10月6日返程大崩溃,高速寸步难行,网友:堵到绝望

全程堵死!10月6日返程大崩溃,高速寸步难行,网友:堵到绝望

杰丝聊古今
2026-10-07 12:36:54
“根本不想让他们来!”亚运会结束后,组委会主席言论引发争议

“根本不想让他们来!”亚运会结束后,组委会主席言论引发争议

全景体育V
2026-10-07 08:24:04
祁连县把泼天的流量接成了脏水

祁连县把泼天的流量接成了脏水

陈宜之
2026-10-07 16:26:38
独自飞往仰光后杳无音信,26岁白俄模特被网上兼职诱骗至缅甸杀害,5名招募者因人口拐卖获刑21年

独自飞往仰光后杳无音信,26岁白俄模特被网上兼职诱骗至缅甸杀害,5名招募者因人口拐卖获刑21年

扬子晚报
2026-10-06 20:24:16
吴奇隆因举旗被取消活动,网友质疑其立场,吴奇隆:不赚钱也这样

吴奇隆因举旗被取消活动,网友质疑其立场,吴奇隆:不赚钱也这样

蜜桔娱乐
2026-10-07 09:55:52
地雷风波升级,金与正发声:野兽都不能进进出出

地雷风波升级,金与正发声:野兽都不能进进出出

中国新闻周刊
2026-10-07 16:43:44
很严峻!这5个行业,工资都发不下来了!

很严峻!这5个行业,工资都发不下来了!

职场资深秘书
2026-10-07 17:36:30
中国民航进入萎缩期?国庆旅游火爆,民航客流却连跌3天,机票低至200元

中国民航进入萎缩期?国庆旅游火爆,民航客流却连跌3天,机票低至200元

三言四拍
2026-10-06 20:43:40
2026-10-07 20:00:49
CDC疾控人 incentive-icons
CDC疾控人
关注疾控,科普健康
250文章数 8关注度
往期回顾 全部

科技要闻

诺贝尔化学奖揭晓,两位科学家摘得大奖

头条要闻

男子带妻子和10岁娃爬山走野路 用手机照亮半夜没走出

头条要闻

男子带妻子和10岁娃爬山走野路 用手机照亮半夜没走出

体育要闻

从骑马舞到开口全中文 德约在北京不止七冠

娱乐要闻

蔡康永风波再升级!这次谁也救不了他

财经要闻

谷歌签下科技史上最大核能协议

汽车要闻

智能化再提升 2027款东风标致、东风雪铁龙新车更人性化了

态度原创

艺术
房产
健康
手机
军事航空

艺术要闻

吴冠中 84岁画的风筝,358.4万港元!

房产要闻

保利大爆发,冲到榜一!海南楼市前三季度,热销榜出炉!

刷酸祛痘,为什么有人翻车?

手机要闻

还得是苹果!iPhone Duo 强制 APP 适配,不适配直接下架,安卓办不到

军事要闻

外舰跟监遵义舰 结果自己先"趴窝"了

无障碍浏览 进入关怀版