Many scientific areas, from computer science to the environmental sciences and finance, give rise to multivariate time series which exhibit long memory, or loosely put, a slow decay in their autocorrelation structure. Efficient modelling and estimation in such settings is key for a number of analysis tasks, such as accurate prediction. However, traditional approaches for modelling such data, for example long memory vector autoregressive processes, are challenging even in modest dimensions, as the number of parameters grows quadratically with the number of modelled variables. Additionally, in many practical data settings, the observed series is accompanied by a (possibly inferred) network that provides information about the presence or absence of between-component associations via the graph edge topology. This article proposes two new models for capturing the dynamics of long memory time series where a network is accounted for. Our approach not only facilitates the analysis of graph-structured long memory time series, but also improves computational efficiency over traditional multivariate long memory models by leveraging the inherent low-dimensional parameter space by adapting likelihood-based estimation algorithms to the network setting. Simulation studies show that our proposed estimation is more stable than traditional models, and is able to tackle data scenarios where current models fail due to computational challenges. While widely applicable, here we demonstrate the efficacy of our proposed models on datasets arising in environmental science and finance.


翻译:从计算机科学到环境科学及金融学等众多科学领域,常产生具有长记忆特性的多元时间序列,或粗略而言,其自相关结构呈现缓慢衰减。在此类情境下,高效建模与估计对于精准预测等分析任务至关重要。然而,传统建模方法(例如长记忆向量自回归过程)即使在中等维度下也面临挑战,因为参数数量随建模变量数呈二次方增长。此外,在许多实际数据场景中,观测序列常伴随一个(可能推断得出的)网络,该网络通过图边拓扑提供关于组分间关联存在与否的信息。本文提出了两种新模型,用于捕捉考虑网络结构的长记忆时间序列动态。我们的方法不仅促进了对图结构长记忆时间序列的分析,还通过将基于似然的估计算法适配至网络设置,利用固有的低维参数空间,提升了传统多元长记忆模型的计算效率。仿真研究表明,所提出的估计方法比传统模型更稳定,并能处理因计算挑战导致现有模型失效的数据场景。尽管具有广泛适用性,本文通过在环境科学与金融领域的数据集上验证了所提模型的有效性。

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