Incomplete time-series data compromise statistical inference, particularly when the underlying process exhibits periodic structure (e.g., annual or monthly cycles). Conventional imputation procedures rarely account for such temporal dependence, leading to attenuation of seasonal signals and biased estimates. This study proposes and evaluates a structure-preserving multiple imputation framework that augments imputation models with frequency-specific covariates derived via the Variable Bandpass Periodic Block Bootstrap (VBPBB). In controlled simulations, we generate series with annual and monthly components, impose Gaussian noise across low, moderate, and high signal-to-noise regimes, and introduce Missing Completely at Random (MCAR) patterns from 5% to 70% missingness. Dominant periodic components are extracted with VBPBB, resampled to stabilize uncertainty, and incorporated as covariates in Amelia II. Compared with baseline methods that do not model temporal structure, the VBPBB-enhanced approach consistently yields lower imputation error and superior retention of periodic features, with the largest gains observed under high noise and when multiple components are included. These findings demonstrate that explicitly modeling periodic content during imputation improves reconstruction accuracy and preserves time-series structure in the presence of substantial missingness.


翻译:不完整的时间序列数据会损害统计推断的可靠性,尤其当底层过程呈现周期性结构(如年度或月度循环)时。传统的填补方法很少考虑此类时间依赖性,导致季节性信号衰减和估计偏差。本研究提出并评估了一种结构保持的多重填补框架,该框架通过可变带通周期块自助法(VBPBB)提取的频率特异性协变量来增强填补模型。在受控模拟中,我们生成了包含年度和月度分量的序列,在低、中、高信噪比条件下施加高斯噪声,并引入从5%到70%缺失率的完全随机缺失(MCAR)模式。利用VBPBB提取主导周期性分量,通过重采样稳定不确定性,并将其作为协变量纳入Amelia II模型。与未建模时间结构的基线方法相比,VBPBB增强方法始终产生更低的填补误差和更优的周期性特征保持能力,在高噪声条件下以及包含多个周期分量时增益最为显著。这些结果表明,在填补过程中显式建模周期性内容能够提高重构精度,并在存在大量缺失的情况下保持时间序列的结构特性。

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