网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

监测预警基础43-这次学透 ARIMA之第4讲:ARMA 拆开一点都不难!

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43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4讲的内容,拆开每一部分讲,这样就彻底清楚了。

上一篇我们学习了 ARIMA 定阶的核心工具,但很多新手还是会犯嘀咕:

AR、MA 这两个模型,到底分别在拟合什么规律?难道要先做 AR 才有 MA?两个模型合在一起的 ARMA,又解决了什么问题?

这一篇我们就把三个基础模型彻底拆开讲,全程用传染病监测场景举例,避开复杂数学推导,看完就能搞懂每个模型的本质,以及阶数 p、q 的实际含义。


1. 大白话本质理解
AR 是 Autoregression(自回归)的缩写,核心逻辑非常简单:用过去几期的真实发病数,来预测当期的发病数
这个逻辑完全贴合我们对传染病的常识:传染病发病有连续性,本周的病例数,一定和前几周的病例数直接相关 —— 上周病例多,本周大概率不会突然降下来;上周进入流行期,本周会继续上升。
2. 模型公式与疾控场景解读
p 阶自回归模型记作 AR (p),公式非常好懂:


我们用疾控的场景对应翻译如下:


3. 现在来理解一下,P阶到底是什么意思?
p 就是自回归的阶数,p 等于几,就代表模型用了前几期的发病数来预测当期
AR (1):只用上周 1 期的病例数预测本周,适合连续性极强的序列

  • AR (2):用上周 + 上上周 2 期的病例数预测本周

  • AR (3):用前三周的病例数预测本周

  • 在疾控实际数据里,流感、手足口这类有连续流行趋势的传染病,大多符合低阶 AR 模型的特征,一般 p 在 1-3 之间就足够。

  • 4. 对应定阶特征:

  • 呼应上一篇的知识点:AR (p) 模型的 PACF 图(偏自相关图)会在 p 阶截尾,ACF 图呈拖尾状态。比如平稳序列的 PACF 在第 3 阶之后全部落入置信区间,我们就初步判断是 AR (3) 模型,p=3。


MA 是整个 ARIMA 体系里最容易被误解的模型,我们先澄清两个最常见的误区:

第一,MA 的 “移动平均”,不是对病例数的滑动平均和我们之前讲的做数据平滑用的 7 天移动平均完全不是一回事;

第二,MA 是完全独立的模型,不需要先做 AR 才能得到残差不存在 “先 AR 后 MA” 的先后顺序。

1. 大白话本质
MA 是 Moving Average(移动平均)的缩写,它的核心逻辑是:用过去几期的突发随机冲击,来预测当期的发病数
什么是突发随机冲击?就是不在常规流行趋势里的意外因素,也是疾控工作里最常见的变量:
正冲击:某周突然出现学校聚集性疫情、境外输入病例引发本地传播、大规模筛查检出大量病例。
负冲击:某周恰逢假期检测量骤降、防控措施落地快速压制了传播。
这些突发因素的影响,不会只持续 1 周。比如一次学校聚集疫情,当周会出现大量病例,第二周还会有续发病例,第三周影响才完全消失 ——MA 模型捕捉的,就是这种 “突发冲击的滞后影响”。
2. 模型公式与疾控场景解读
q 阶移动平均模型记作 MA (q),公式如下:

我们采用疾控常见的场景翻译一下:


3. q 阶到底是什么意思?
q 就是移动平均的阶数,q 等于几,就代表突发冲击的影响会持续 q 期
MA (1):突发冲击只影响当期和下一期,第二周就完全消失

  • MA (2):突发冲击会持续影响两期,第三周才消失

  • MA (q):冲击的影响持续 q 期

  • 4. 大家最关心的问题:这些冲击(ε)从哪来?

  • 理论上,这些随机冲击是构成时间序列的原生因素,是我们假设的、影响发病的意外变量;实操中,软件拟合 MA 模型时,会通过迭代算法,一边计算冲击的权重 θ,一边同步推算出每一期的冲击值,全程不需要我们手动计算,也不需要依赖 AR 模型的结果 —— 你只需要输入原始发病数据,指定 q 的阶数,软件就能自动完成全部计算。


5. 对应定阶特征
同样呼应上一篇知识点:MA (q) 模型的 ACF 图(自相关图)会在 q 阶截尾,PACF 图呈拖尾状态。比如平稳序列的 ACF 在第 2 阶之后全部落入置信区间,我们就初步判断是 MA (2) 模型,q=2。


1. 为什么需要组合模型?
单独的 AR 模型,只能捕捉 “发病自身的延续趋势”;单独的 MA 模型,只能捕捉 “突发冲击的滞后影响”。
但我们疾控的真实监测数据,往往两种规律同时存在:
比如流感流行期,病例数既有自身的持续上升趋势(AR 项捕捉);同时又会受到聚集疫情、寒潮、假期等突发因素的干扰,冲击的影响会持续数周(MA 项捕捉)。
这时候单独用 AR 或者 MA,都没法完整拟合数据的规律,就需要把两者结合起来,也就是 ARMA 模型。
2. 模型本质
ARMA (p,q) = AR (p) + MA (q),同时用「前 p 期的发病数」和「前 q 期的突发冲击」,共同预测当期的发病数。
它的公式就是把两个模型拼在一起,同时包含自回归项和移动平均项,兼顾了序列的自身延续性和突发波动的滞后影响,是适配性最强的基础平稳序列模型。
3. 对应定阶特征
当 ACF 图和 PACF 图都呈现拖尾状态,没有明显的截尾时,就说明序列同时有自回归和移动平均特征,适合用 ARMA (p,q) 组合模型。


我总结一下,大家可以记住一个最朴素的区分:AR 是 “用过去的病情,推现在的病情”,看的是发病的延续性;MA 是 “用过去的意外,推现在的病情”,看的是突发因素的滞后影响。

很多新手会陷入 “必须手动定阶完美” 的误区,盯着 ACF/PACF 图反复纠结 p 和 q 到底选几。

这里给大家两个疾控建模的实用建议:

第一,手动定阶只是初步参考:真实监测数据很少有理论上完美的截尾,初步定出 p 和 q 的范围就可以,比如 p 可能是 2 或 3,q 可能是 0 或 1;

第二,最终用 AIC 准则筛选最优模型:把初步范围内的组合都试一遍,选 AIC 值最小的模型,就是拟合效果最优的。后面我们讲实操的时候,会教大家用auto.arima()函数一键完成自动筛选,非常方便。

到这里,我们已经把 AR、MA、ARMA 三个平稳序列模型,以及差分(d)都讲完了。

下一篇我们就把三个参数 p、d、q 合在一起,串起完整的 ARIMA (p,d,q) 建模全流程,给大家一套标准化的 5 步建模法,拿到任何监测数据,都知道从哪下手、每一步做什么。

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
当西方喊了8年债务陷阱,世界才发现,印尼抢着接了雅万高铁的盘

当西方喊了8年债务陷阱,世界才发现,印尼抢着接了雅万高铁的盘

观史搜寻着
2026-07-21 01:13:44
55年授衔,当主席看到名单中有个熟悉的名字,大笔一挥:他不是少将

55年授衔,当主席看到名单中有个熟悉的名字,大笔一挥:他不是少将

睡前讲故事
2025-12-12 13:58:11
在哪一瞬间,你意识到那个人不能深交?

在哪一瞬间,你意识到那个人不能深交?

康富贵碎碎念
2026-07-20 13:42:06
故技重施要钱?美国又想复制08年套路,中国早已不是当年的中国

故技重施要钱?美国又想复制08年套路,中国早已不是当年的中国

亿通电子游戏
2026-07-20 07:58:00
复旦暴雨成河,假如张教授现场开麦:这是文明型大学的底气

复旦暴雨成河,假如张教授现场开麦:这是文明型大学的底气

娱乐的宅急便
2026-07-21 13:34:01
上海的风向变了!我敢打赌:十年后上海这些片区,要发达了!

上海的风向变了!我敢打赌:十年后上海这些片区,要发达了!

普陀动物世界
2026-07-21 02:06:44
越扒越心寒!冉莹颖根本没把邹市明当家人,2亿家底全送娘家了

越扒越心寒!冉莹颖根本没把邹市明当家人,2亿家底全送娘家了

不似少年游
2026-07-18 16:48:06
伊朗记者发问中方,试图寻找支援,外交部发声,绝对不被当枪使!

伊朗记者发问中方,试图寻找支援,外交部发声,绝对不被当枪使!

战域笔墨
2026-07-21 13:35:18
台湾省九合一选举,19个县市长的民进党参选人出炉,却空出3个县长拱手让人

台湾省九合一选举,19个县市长的民进党参选人出炉,却空出3个县长拱手让人

史座y
2026-07-20 20:11:44
美专家:中国人不可怕,可怕的是他们买了光刻机,却不用来造芯片

美专家:中国人不可怕,可怕的是他们买了光刻机,却不用来造芯片

麓谷隐士
2026-07-14 23:15:23
金晨 x 超薄肉丝

金晨 x 超薄肉丝

可乐谈情感
2026-07-20 00:17:07
上海哪里最宜居?本地人认可的3个板块,居然全都不在内环

上海哪里最宜居?本地人认可的3个板块,居然全都不在内环

爱看剧的阿峰
2026-07-21 12:21:45
落魄时大伯资助了我20万,五年后我装穷回来,大伯竟这样对我

落魄时大伯资助了我20万,五年后我装穷回来,大伯竟这样对我

千秋文化
2026-07-18 18:54:47
小女儿自称照顾九旬母亲多年,替男友争取财产,母亲无奈:饭都是自己煮

小女儿自称照顾九旬母亲多年,替男友争取财产,母亲无奈:饭都是自己煮

福建第一帮帮团
2026-07-20 21:53:45
旭旭宝宝掉粉540万,真相不是他骂人了,而是骂人视频找不着了

旭旭宝宝掉粉540万,真相不是他骂人了,而是骂人视频找不着了

记录生活日常阿蜴
2026-07-21 12:51:41
詹姆斯这回玩明白了!41岁不陪重建,直接上豪车“拼最后一冠”

詹姆斯这回玩明白了!41岁不陪重建,直接上豪车“拼最后一冠”

阿衃体育
2026-07-21 10:02:05
伊朗外交部:已收到美伊谈判调解方建议

伊朗外交部:已收到美伊谈判调解方建议

新华社
2026-07-20 16:43:08
湖人新老板沃尔特出事了?正接受联邦机构调查:核实是否存在财务违规

湖人新老板沃尔特出事了?正接受联邦机构调查:核实是否存在财务违规

罗说NBA
2026-07-21 05:23:36
马宁苦笑:到现在我也不知道为何没吹上淘汰赛,到下一届世界杯我年龄太大了,要给年轻人腾出空间

马宁苦笑:到现在我也不知道为何没吹上淘汰赛,到下一届世界杯我年龄太大了,要给年轻人腾出空间

鲁中晨报
2026-07-20 21:24:03
谢霆锋维权索赔51万

谢霆锋维权索赔51万

雷达财经
2026-07-21 12:05:04
2026-07-21 15:44:49
CDC疾控人 incentive-icons
CDC疾控人
关注疾控,科普健康
211文章数 7关注度
往期回顾 全部

科技要闻

智谱暴跌,Kimi只是导火索

头条要闻

男子工亡哥哥获赔116万 分居多年妻子起诉索还91.6万

头条要闻

男子工亡哥哥获赔116万 分居多年妻子起诉索还91.6万

体育要闻

西班牙队夺冠游行庆典:200万人,狂欢5小时

娱乐要闻

谢贤被曝已火葬,狄波拉携儿女送别

财经要闻

创业板指涨超7% 半导体产业链全线爆发

汽车要闻

热爱驾驶的更棒选择 极氪8X让大块头也有大乐趣

态度原创

时尚
艺术
健康
教育
公开课

今年夏天“这条裤子”居然流行回来了!时髦的人都在穿

艺术要闻

山林溪艺术中心开馆主题展览《连续的清晨》启幕

“斑块”患者要小心中风?

教育要闻

焦点对谈|许建领 徐国庆:职普分流是否必要?——立足高中教育功能和人才多元发展的思考

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版