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Prognose ökonomischer Zeitreihen mit dem Kointegrationsansatz

Eine empirische Analyse des deutschen Geld-, Kapital- und Aktienmarktes

Prognose ökonomischer Zeitreihen mit dem Kointegrationsansatz
Über dieses Buch
  • Art: Diplomarbeit
  • Autor: Thorsten Freihube
  • Abgabedatum: Juli 1995
  • Umfang: 237 Seiten
  • Dateigröße: 8,9 MB
  • Note: 1,0
  • Institution / Hochschule: Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main Deutschland
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-3893-7
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-3893-7 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-3893-7 CD
  • Sprache: Deutsch
  • Prämierung:
  • Arbeit zitieren: Freihube, Thorsten Juli 1995: Prognose ökonomischer Zeitreihen mit dem Kointegrationsansatz, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Integration, ARMA, Kointegration, stochastische Prozesse

Diplomarbeit von Thorsten Freihube

Einleitung:

Die Prognose ökonomischer Zeitreihen kann mit verschiedenen Methoden durchgeführt werden. Auf der Basis stochastischer Prozesse sind univariate ARIMA-Modelle, die auch als Box-Jenkins-Modelle bekannt sind, bereits in der Praxis etabliert. Dabei wird die zu prognostizierende Zeitreihe als Linearkombination früherer Ausprägungen und Störeinflüsse dargestellt.

Da solche univariaten Methoden keinerlei theoretische Kenntnisse und Zusammenhänge zwischen ökonomischen Zeitreihen erfordern, sind sie leicht modellierbar und vielseitig anwendbar. Dieser Vorteil ist aber zugleich ein Nachteil, da die Prognosegüte durch Einbringung externer Variablen vermutlich verbessert werden kann; die dynamische Beziehungen zwischen den Zeitreihen werden dann mitberücksichtigt.

VARMA-Mofdelle stellen eine Verallgemeinerung der ARIMA-Modelle für den multivarianten Fall dar, wobei anstelle der einzelnen zeitreihenvariablen einfach Zeitreihenvektoren treten. dabei werden simultan alle Abhängigkeiten der einzelnen Zeitreihen, sowie die Beziehungen zwischen den Zeitreihen modelliert.

Gang der Untersuchung:

In Abschnitt 2 werden zunächst solche univariaten und multivariaten Modelle stochastischer Prozesse vorgestellt.

In Abschnitt 3 werden mögliche Trendformen von Zeitreihen, die die Anforderung der Stationarität nicht erfüllen, dargestellt, und es wird auf die Probleme, die bei der Trendbereinigung bzw. Differenzbildung entstehen können, eingegangen.

Weiterhin werden Tests, die der Bestimmung der Trendform und des Integrationsgrades dienen, vorgestellt. In Abschnitt 4 werden verschiedene Schätzmethoden für die dargestellten Modelle erläutert.

Durch die Differenzierung der Zeitreihen entsteht jedoch der Nachteil, dass lang- oder längerfristige Zusammenhänge, die zwischen den variablen bestehen, verloren gehen. Einen Ausweg biete das Konzept der Kointegration, welches in Abschnitt 5 vorgestellt wird. Dabei geht man von einer oder mehreren langfristigen Gleichgewichtsbeziehungen zwischen den nichtstationären Variablen aus, die lediglich kurzfristigen Störungen unterliegen. Die nichtstationären Variablen bezeichnet man dann als kointegriert, wenn sich eine oder mehrere Linearkombination dieser Variablen als Stationär erweisen.

Es werden weiterhin die verschiedenen Darstellungsformen von kointegrierten Prozessen aufgeführt und mögliche Schätzmethoden erläutert.

Anschließend werden die Tests, die der Bestimmung des Vorhandenseins von Kointegrationsbeziehungen dienen, dargestellt und ihre Vor- und Nachteile diskutiert.

Ausgangspunkt der empirischen Analyse in Abschnitt 6 ist die Prognose von ökonomischen Zeitreihen auf dem deutschen Kapitalmarkt und die Findung von Kointegrationsbeziehungen zwischen diesen Variablen.

Inhaltsverzeichnis:

1. Problemstellung und Gang der Untersuchung 1
2. Modelle stochastischer Prozesse in der Zeitreihenanalyse 3
2.1 Univariate Zeitreihenanalyse 3
2.1.1 Stochastische Prozesse 3
2.1.2 Autokovarianz, Autokorrelation und partielle Autokorrelation 4
2.1.3 Autokovarianz-, Autokorrelations- und partielle Autokorrelationsfunktion 5
2.1.4 Autoregressive Prozesse (AR-Modelle) 7
2.1.4.1 Stationarität von AR-Prozessen 9
2.1.4.2 AR(1)-Prozesse 14
2.1.4.3 AR(2)-Prozesse 18
2.1.4.4 AR-Prozesse höherer Ordnung 25
2.1.5 Moving average Prozesse (MA-Modelle) 27
2.1.5.1 Invertierbarkeit von MA-Prozessen 28
2.1.5.2 MA(1)-Prozesse 30
2.1.5.3 MA(2)-Prozesse 34
2.1.5.4 MA-Prozesse höherer Ordnung 40
2.1.6 Gemischte AR und MA Prozesse (ARMA-Modelle) 41
2.1.6.1 ARMA(1,1)-Prozesse 44
2.1.6.2 ARMA-Modelle höherer Ordnung 51
2.1.7 Integrierte ARMA-Prozesse (ARIMA-Modelle) 52
2.2 Multivariate Zeitreihenanalyse 54
2.2.1 Multivariate stochastische Prozesse 54
2.2.2 Multivariate Autokovarianz und Autokorrelation 55
2.2.3 Vektor autoregressive Prozesse (VAR-Modelle) 56
2.2.3.1 Stationarität von VAR-Prozessen 58
2.2.3.2 VAR(1)-Prozesse 60
2.2.3.3 VAR-Prozesse höherer Ordnung 61
2.2.4 Vektor moving average Prozesse (VMA-Modelle) 62
2.2.4.1 Invertierbarkeit von VMA-Prozessen 62
2.2.4.2 VMA(1)-Prozesse 63
2.2.4.3 VMA-Prozesse höherer Ordnung 64
2.2.5 Vektor autoregressive moving average Prozesse (VARMA-Modelle) 65
2.2.5.1 VARMA(1,1)-Prozesse 67
2.2.5.2 VARMA-Prozesse höherer Ordnung 69
3. Nichtstationäre Zeitreihen 73
3.1 Trendformen und Trendbereinigung 73
3.1.1 Trend-stationäre Prozesse (TSP) 73
3.1.2 Differenzen-stationäre Prozesse (DSP) 75
3.1.2.1 Random-walk 75
3.1.2.2 Random-walk with drift 76
3.1.3 Falsche Trendbereinigung 77
3.1.3.1 Schätzung eines Prozesses mit stochastischem Trend durch ein TSP-Modell 77
3.1.3.2 Schätzung eines Prozesses mit deterministischem Trend durch ein DSP-Modell 78
3.1.3.3 Überdifferenzierte Prozesse und das Problem der Nicht-Invertierbarkeit 79
3.2 Integrationsgrad von stochastischen Prozessen 80
3.2.1 Dickey/Fuller-Test (DF-Test) 81
3.2.2 Augmented (erweiterter) Dickey/Fuller-Test (ADF-Test) 86
3.2.3 Unit root-tests bei Vorliegen deterministischer Trends 87
4. Prognose von stochastischen Prozessen 93
4.1 Prüfmaße zur Beurteilung der Prognoseleistung 93
4.2 Prognose mit ARIMA-Modellen 94
4.2.1 Optimale lineare Prognose von ARMA-Modellen unter Minimierung des mittleren quadratischen Prognosefehlers 94
4.2.2 Parameterschätzung 97
4.2.2.1 Autoregressive Prozesse 97
4.2.2.2 Moving average Prozesse 99
4.2.2.3 ARMA-Modelle 100
4.3 Prognose mit VARMA-Modellen 101
4.3.1 Optimale lineare Prognose von VARMA-Modellen unter Minimierung des mittleren quadratischen Prognosefehlers 101
4.3.2 Parameterschätzung von VAR-Prozessen 104
4.3.2.1 Multivariate least-square (Kleinst-Quadrate) Schätzung 104
4.3.2.2 Multivariater LS-Schätzer nach Mittelwertbereinigung 107
4.3.2.3 Asymptotische Eigenschaften des LS-Schätzers 108
4.3.2.4 Schätzwerte für die Streuungsparamter 110
4.3.2.5 Multivariate Yule-Walker Schätzung 111
4.3.2.6 Multivariate maximum-likelihood-Schätzung 113
4.3.3 Maximum-likelihood Schätzung von VMA-Prozessen 117
4.3.4 Parameterschätzung von VARMA-Prozessen 117
4.3.4.1 Maximum-likelihood Schätzung 117
4.3.4.2 Rekursive Berechnung der ML-Schätzer 118
4.3.4.3 Startwerte der ML-Schätzer 123
5. Das Konzept der Kointegration 126
5.1 Differenzenbildung, Kointegration und langfristiger Zusammenhang 126
5.2 Kointegrationssysteme 128
5.2.1 VAR-Darstellung kointegrierter Systeme 129
5.2.2 Error-Correction (Fehlerkorrektur-) Darstellung kointegrierter Systeme 132
5.2.3 Johansen-Darstellung kointegrierter Systeme 134
5.2.4 Vektor Moving average (Wold) Darstellung kointegrierter Systeme 135
5.2.5 Common-trend (CT-) Darstellung 136
5.3 Schätzung von kointegrierten Systemen 138
5.3.1 Zweistufiges Verfahren von Engle und Granger 138
5.3.2 Nichtlinearer LS-Schätzer von Stock 143
5.3.3 Unrestringierte LS-Schätzung 145
5.3.4 ML-Schätzung von Johansen 147
5.3.5 Weitere Schätzverfahren 153
5.4 Tests auf Kointegration 153
5.4.1 Durbin-Watson (DW-) Test 154
5.4.2 DF- und ADF-Kointegrations-Tests 155
5.4.3 (Maximum-) likelihood-ratio Test von Johansen 157
5.4.4 Weitere Tests auf Kointegration 160
5.5 Wahl des VAR-Ordnungsgrades bei Kointegration 161
5.5.1 Akaike's information criterion (AIC) 161
5.5.2 Hannan-Quinn criterion (HQ) 163
5.5.3 Schwarz criterion (SC) 164
5.5.4 Güte der Ordnungskriterien 165
6. Eine empirische Untersuchung des deutschen Geld-, Kapital- und Aktienmarktes 167
6.1 Darstellung der empirischen Zeitreihen 167
6.1.1 DAX_KORR 167
6.1.2 FAZ 167
6.1.3 BHF_PERF 168
6.1.4 FIBOR_3MP 168
6.1.5 GM_M3 169
6.1.6 UML_INL 169
6.1.7 BUND_1 169
6.1.8 BUND_5 170
6.1.9 BUND_10 170
6.1.10 R1J_DAX_KORR 171
6.1.11 R4J_DAX_KORR 171
6.2 Bestimmung des Trendverhaltens der Zeitreihen und deren Integrationsgrade 171
6.2.1 DAX_KORR 172
6.2.2 FAZ 173
6.2.3 BHF_PERF 174
6.2.4 FIBOR_3MP 175
6.2.5 GM_M3 175
6.2.6 UMLAUF_INL 176
6.2.7 BUND_1 177
6.2.8 BUND_5 177
6.2.9 BUND_10 178
6.2.10 R1J_DAX_KORR 179
6.2.11 R4J_DAX_KORR 180
6.2.12 Überblick: Trendformen und Integrationsgrade der empirischen Zeitreihen 181
6.3 Kointegrationsanalyse 181
6.3.1 Kointegrationsanalyse von Performance-Zeitreihen 182
6.3.1.1 DAX_KORR, BHF_PERF (Modell 1) 182
6.3.1.2 DAX_KORR, BHF_PERF, FIBOR_3MP (Modell 2 und 3)
6.3.1.3 DAX_KORR, FIBOR_3MP (Modell 4) 190
6.3.1.4 DAX_KORR, BHF_PERF, GM_M3 (Modell 5)
6.3.1.5 DAX_KORR, GM_M3 195
6.3.1.6 BHF_PERF, GM_M3 (Modell 6)
6.3.1.7 Ergebnisanalyse 197
6.3.2 Kointegrationsanalyse von Rendite-Zeitreihen 197
6.3.2.1 R4J_DAX_KORR, UML_INL 197
6.3.2.2 R4J_DAX_KORR, BUND_5 200
6.3.2.3 BUND_1, BUND_10 201
6.3.2.4 Ergebnisanalyse 202
6.3.3 Kointegrations- und ARIMA-Analyse von Aktienindizes 202
6.3.3.1 Kointegration - DAX_KORR, FAZ 202
6.3.3.2 ARIMA-Analyse - DAX_KORR 204
6.3.4 Abschließende Bewertung 208

Arbeit zitieren:
Freihube, Thorsten Juli 1995: Prognose ökonomischer Zeitreihen mit dem Kointegrationsansatz, Hamburg: Diplomica Verlag

Schlagworte:
Integration, ARMA, Kointegration, stochastische Prozesse

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