丁黎黎,孫文霄,韓 夢(mèng),康旺霖
(1.中國(guó)海洋大學(xué)a.經(jīng)濟(jì)學(xué)院;b.海洋發(fā)展研究院,山東 青島266100;2.山東科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,山東青島266590)
GDP為評(píng)價(jià)和衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)狀況、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)趨勢(shì)及社會(huì)財(cái)富的經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)提供了一個(gè)最為綜合的尺度,它是影響經(jīng)濟(jì)生活乃至社會(huì)生活的最重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于GDP的預(yù)測(cè)在學(xué)術(shù)研究方面取得較好的研究成果。在預(yù)測(cè)方法選擇方面,國(guó)內(nèi)學(xué)者多采用時(shí)間序列ARIMA模型、灰色GM(1,1)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法[1],但這些方法都無(wú)法利用高頻數(shù)據(jù)攜帶的有效信息直接對(duì)低頻GDP數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè),這就體現(xiàn)了MIDAS模型的優(yōu)勢(shì),目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于MIDAS模型在宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用還不多見(jiàn)[2-7]。在解釋變量的選擇方面,很多學(xué)者都證明PMI對(duì)GDP有著很好的預(yù)測(cè)作用[8-11]。但是在證明兩者之間關(guān)系的基礎(chǔ)上,很少有學(xué)者選取PMI指標(biāo)運(yùn)用MIDAS模型對(duì)GDP進(jìn)行預(yù)測(cè)。
本文針對(duì)現(xiàn)有研究的不足,基于PMI指數(shù)采用MIDAS模型對(duì)GDP增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)問(wèn)題進(jìn)行了研究。本文的創(chuàng)新之處為:第一,將MIDAS模型引入到對(duì)GDP預(yù)測(cè)中,充分利用高頻數(shù)據(jù)攜帶的有效信息,對(duì)比其他模型預(yù)測(cè)精度更高;第二,將PMI指數(shù)作為解釋變量對(duì)GDP進(jìn)行預(yù)測(cè),充分利用PMI指數(shù)的先導(dǎo)性。
混頻數(shù)據(jù)抽樣模型(MIDAS)最早由Ghysels等(2004)[12]

其中,m是高頻率數(shù)據(jù)和低頻率數(shù)據(jù)的頻率倍差,本文中GDP是季度數(shù)據(jù),PMI是月度數(shù)據(jù),因此m=3;W(L1m,θ)是多項(xiàng)式權(quán)重,L1m是滯后因子。提出,該模型源于分布滯后模型的思想,允許模型兩邊的解釋變量和被解釋變量具有不同的頻率,是用高頻率數(shù)據(jù)來(lái)解釋、預(yù)測(cè)低頻率數(shù)據(jù)的一種模型。

1.1.1 單變量MIDAS模型
單變量MIDAS模型只考慮一種解釋變量對(duì)被解釋變量的影響,研究?jī)烧咧g的動(dòng)態(tài)關(guān)系。本文涉及的單變量MIDAS模型主要有以下幾種:
(1)基礎(chǔ)MIDAS(m,K)模型
MIDAS(m,K)模型通過(guò)多項(xiàng)式權(quán)重函數(shù)直接利用高頻解釋變量數(shù)據(jù)和低頻被解釋變量數(shù)據(jù)構(gòu)建模型,GDP預(yù)測(cè)的MIDAS模型可以表示為:
其中,K為高頻解釋變量的最大滯后階數(shù),k=0表示第3個(gè)月的PMI指數(shù),k=1表示第2個(gè)月的PMI指數(shù)以此類(lèi)推。
(2)向前 h 步的混頻數(shù)據(jù)抽樣模型 (MIDAS(m,K,h))
MIDAS(m,K,h)與基礎(chǔ)混頻數(shù)據(jù)抽樣模型和傳統(tǒng)的同頻預(yù)測(cè)模型相比,具有可以對(duì)GDP季度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)和修正的優(yōu)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō),傳統(tǒng)的同頻預(yù)測(cè)模型在預(yù)測(cè)季度數(shù)據(jù)時(shí),使用的都是季度數(shù)據(jù),而實(shí)時(shí)季度數(shù)據(jù)的獲取具有一定的時(shí)滯性,MIDAS(m,K,h)可以充分利用已更新的月度數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)季度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè),并不斷地更新和修正預(yù)測(cè)的結(jié)果。當(dāng)h=1,即向前1步混頻數(shù)據(jù)抽樣模型,用第t季度前2個(gè)月度及之前的數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)第t季度的季度數(shù)據(jù),當(dāng)h>3時(shí),即可以對(duì)季度外數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè),因此該模型不僅可以進(jìn)行樣本內(nèi)預(yù)測(cè),還可以進(jìn)行樣本外預(yù)測(cè)。

其中,m是高頻率和低頻率數(shù)據(jù)的頻率倍差;W(L1m,θ)是多項(xiàng)式權(quán)重,L1m是滯后因子。
(3)非限制混頻數(shù)據(jù)抽樣模型(U-MIDAS(m,K))
非限制混頻數(shù)據(jù)抽樣模型沒(méi)有基礎(chǔ)模型中的多項(xiàng)式權(quán)重的限制,其模型可以表示為:

其中:

(4)自回歸單變量混頻數(shù)據(jù)抽樣模型(AR(P)-MIDAS(m,K ))
自回歸單變量混頻數(shù)據(jù)抽樣模型在基礎(chǔ)混頻數(shù)據(jù)抽樣模型的基礎(chǔ)上考慮了之前其GDP增長(zhǎng)率對(duì)當(dāng)期的影響,即考慮了GDP增長(zhǎng)率自身之間的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。其模型表達(dá)式為:

其中,P為GDP增長(zhǎng)率的滯后階數(shù)。
1.1.2 多項(xiàng)式權(quán)重的選取
混頻數(shù)據(jù)抽樣模型中最常用的多項(xiàng)式權(quán)重有貝塔密度函數(shù)和阿爾蒙指數(shù)權(quán)重函數(shù)。
(1)貝塔密度函數(shù)(Beta)

其中:

Beta 函數(shù)根據(jù) θ1,θ2,θ3取值的不同可分為 Beta 權(quán)重函數(shù)和Beta-Non-Zero權(quán)重函數(shù)。
①Beta權(quán)重函數(shù)
當(dāng)θ3=0時(shí),貝塔密度函數(shù)為Belta權(quán)重函數(shù),其表達(dá)式如下所示:

②Beta-Non-Zero權(quán)重函數(shù)
當(dāng)θ1=1時(shí),貝塔密度函數(shù)為Belta-Non-Zero權(quán)重函數(shù),其表達(dá)式為:

(2)阿爾蒙指數(shù)權(quán)重函數(shù)(ExpAlmon)

本文選取季度GDP為被解釋變量,研究季度GDP與PMI指數(shù)之間的關(guān)系并實(shí)現(xiàn)GDP的短期預(yù)測(cè)。PMI來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、中國(guó)采購(gòu)和物流聯(lián)合會(huì),本文使用的是2005.1至2017.8期間的月度數(shù)據(jù)。GDP也是來(lái)自于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局,由于考慮到PMI指數(shù)本身是相對(duì)數(shù),所以采用GDP增長(zhǎng)率指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè),同樣選取2005—2017年期間的季度數(shù)據(jù)。本文以月度PMI指數(shù)和實(shí)際季度GDP的增長(zhǎng)率為研究對(duì)象,其計(jì)算公式為:

其中,growthit表示指標(biāo)i在t時(shí)期的增長(zhǎng)率,i在本文中指實(shí)際季度GDP。混頻數(shù)據(jù)增長(zhǎng)率的變化趨勢(shì)如圖1所示。

圖1混頻數(shù)據(jù)增長(zhǎng)率趨勢(shì)圖
由圖1可知,在研究樣本期間,PMI指數(shù)和實(shí)際GDP增長(zhǎng)率整體隨著時(shí)間的推移具有相同的變化趨勢(shì)。2005—2012年期間兩者均波動(dòng)范圍較大,PMI指數(shù)的增長(zhǎng)率在(-9,13)之間波動(dòng),GDP增長(zhǎng)率在(-2.7,13)之間波動(dòng)。而在2012年以后,兩者波動(dòng)范圍變小,PMI指數(shù)增長(zhǎng)率在(3.5,6.7)之間波動(dòng),GDP增長(zhǎng)率在(0.4,7)之間波動(dòng)。因此,PMI指數(shù)與GDP增長(zhǎng)率之間的波動(dòng)范圍和波動(dòng)趨勢(shì)均具有一致性。
本文首先根據(jù)MIDAS模型的樣本內(nèi)預(yù)測(cè)精度確定出月度PMI指數(shù)和季度GDP增長(zhǎng)率的最優(yōu)滯后階數(shù)和最優(yōu)參數(shù)估計(jì)。本文以2005年第一季度到2017年第二季度GDP數(shù)據(jù)和2005年1月份到2017年8月份的PMI數(shù)據(jù)為模型估計(jì)樣本,在此基礎(chǔ)上對(duì)2015—2017年的GDP數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本內(nèi)預(yù)測(cè)。在分析過(guò)程中,本文選取最為常用的五種多項(xiàng)式權(quán)重:Beta權(quán)重函數(shù)、Beta-Non-Zero權(quán)重函數(shù)、阿爾蒙權(quán)重函數(shù)(Almon)、阿爾蒙指數(shù)權(quán)重函數(shù)(Ex-pAlmon)和步函數(shù)(Stepfun),以均方根誤差RMSE指標(biāo)作為模型的樣本內(nèi)預(yù)測(cè)精度,結(jié)合擬合優(yōu)度R2和AIC指標(biāo)確定最優(yōu)的MIDAS模型。
在下文的分析中,高頻PMI指數(shù)的滯后階數(shù)由1階變化至23階,低頻GDP增長(zhǎng)率的滯后階數(shù)由0階變化至4階。5種參數(shù)權(quán)重和具有不同GDP增長(zhǎng)率滯后階數(shù)的MIDAS模型組合共形成30種混頻數(shù)據(jù)抽樣模型,本文選取該30種模型模擬高頻月度PMI指數(shù)對(duì)季度GDP增長(zhǎng)率的影響效應(yīng)。在進(jìn)行參數(shù)估計(jì)時(shí),以均方根誤差RMSE最小原則為主、AIC最小和擬合優(yōu)度R2最大原則為輔,確定最優(yōu)權(quán)重函數(shù)形式及高頻PMI指數(shù)和低頻GDP增長(zhǎng)率的最優(yōu)滯后階數(shù)。隨著階數(shù)的變動(dòng),30種混頻數(shù)據(jù)模型的樣本內(nèi)預(yù)測(cè)結(jié)果如表1所示。由于篇幅的限制,本文只列出了一些具有代表性滯后階數(shù)的混頻數(shù)據(jù)抽樣模型的預(yù)測(cè)精度。30種混頻數(shù)據(jù)抽樣模型隨著高頻PMI指數(shù)滯后階數(shù)的變動(dòng),其樣本內(nèi)預(yù)測(cè)精度也在不斷變化。當(dāng)高頻PMI指數(shù)滯后階數(shù)為9階、GDP增長(zhǎng)率滯后階數(shù)為4階時(shí),U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型的 RMSE 值為 5.585,在 30 種混頻數(shù)據(jù)抽樣模型中是最小的。該模型的權(quán)重函數(shù)如圖2所示。
由圖2 可知,U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型的多項(xiàng)式權(quán)重在(-0.3,0.3)范圍內(nèi)波動(dòng),每月份權(quán)重不一,可見(jiàn)該模型多項(xiàng)式權(quán)重的變化具有合理性,同時(shí)表明月度PMI指數(shù)對(duì)GDP增長(zhǎng)率具有正負(fù)兩種效應(yīng),正效應(yīng)更為明顯,并且這種效應(yīng)會(huì)持續(xù)9個(gè)月。此模型的擬合度也較好,高達(dá)0.961。因此,本文認(rèn)為 U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型在模擬高頻月度PMI指數(shù)和低頻GDP增長(zhǎng)率之間關(guān)系時(shí)更具有合理性。U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型在不同 GDP 滯后階數(shù)下的均方根誤差RMSE和多項(xiàng)式權(quán)重分別如圖3(a)和圖3(b)所示。

表1 不同混頻模型樣本內(nèi)預(yù)測(cè)結(jié)果分析

圖2 MIDAS模型權(quán)重變化趨勢(shì)圖

圖3 U-AR(4)-MIDAS(3,K)模型RMSE和多項(xiàng)式權(quán)重變化趨勢(shì)圖
通過(guò)對(duì)30種混頻數(shù)據(jù)抽樣模型進(jìn)行比較確定出 U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型的擬合精度具有比較優(yōu)勢(shì),該模型的參數(shù)估計(jì)結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表2。
表2的估計(jì)結(jié)果表明GDP增長(zhǎng)率會(huì)受自身4年內(nèi)變化的影響,其影響因子分別為-0.308、-0.305、-0.331、0.634。向前 1個(gè)季度、2個(gè)季度和3個(gè)季度的GDP增長(zhǎng)率對(duì)當(dāng)季GDP增長(zhǎng)率具有負(fù)向影響,其影響因子分別為-0.308、-0.305、-0.331,即隨著向前1個(gè)季度、向前2個(gè)季度和向前3個(gè)季度GDP增速放緩,當(dāng)季GDP增長(zhǎng)率反而會(huì)有一定程度的增加,向前四個(gè)季度的GDP增長(zhǎng)率對(duì)當(dāng)季度GDP量增長(zhǎng)率具有正向影響,其影響因子為0.634,即隨著向前4季度的GDP增長(zhǎng)率的增加,當(dāng)季度的GDP增長(zhǎng)率也會(huì)有一定程度的增加。這意味著向前4個(gè)季度內(nèi)GDP的絕對(duì)額增加,就會(huì)引起當(dāng)季度GDP絕對(duì)額的增加;月度PMI指數(shù)對(duì)季度GDP增長(zhǎng)率的影響也具有正負(fù)兩個(gè)方向,且這種影響會(huì)持續(xù)9個(gè)月。

表2 U-AR(4)-MIDAS(3,19)模型參數(shù)估計(jì)結(jié)果
基準(zhǔn)模型是用來(lái)比較分析本文所構(gòu)建的U-AR(4)-MIDAS(3,19)模型預(yù)測(cè)優(yōu)劣的一些簡(jiǎn)單的宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)模型,本文主要采用PDL、ADL、AR、MA、ARMA這5種模型作為基準(zhǔn)模型。基準(zhǔn)模型在預(yù)測(cè)的過(guò)程中均采用同頻率的低頻數(shù)據(jù),即只能運(yùn)用樣本區(qū)間內(nèi)(2005—2017年)的季度PMI指數(shù)和GDP增長(zhǎng)率來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。同樣選擇2007年第二季度至2015第二季度數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本內(nèi)估計(jì),然后對(duì)2015年第三季度至2017第二季度GDP增長(zhǎng)率進(jìn)行樣本內(nèi)預(yù)測(cè)。U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型與基準(zhǔn)模型的優(yōu)劣性比較是通過(guò)其RMSE比值和擬合優(yōu)度比值實(shí)現(xiàn)的,如 RMSEPDL表示U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型與相應(yīng)的基準(zhǔn)模型PDL的RMSE的比值,若該比值小于1,則說(shuō)明U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型的預(yù)測(cè)精度要高于基準(zhǔn)模型PDL的預(yù)測(cè)精度。表示U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型與相應(yīng)的基準(zhǔn)模型PDL的擬合優(yōu)度比值,若該比值大于1,則說(shuō)明U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型的擬合優(yōu)度要高于基準(zhǔn)模型PDL的擬合優(yōu)度。6種基準(zhǔn)模型對(duì)2016-2017年GDP增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)的RMSE值、擬合優(yōu)度及U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型與基準(zhǔn)模型的RMSE比值和擬合優(yōu)度比值如表3所示。)

表3 U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型與基準(zhǔn)模型對(duì)比分析表
由表3 可知,U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型的擬合優(yōu)度要高于基準(zhǔn)模型的擬合優(yōu)度且 U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型的RMSE值要小于基準(zhǔn)模型的RMSE值,即U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型對(duì)GDP增長(zhǎng)率的預(yù)測(cè)比5種基準(zhǔn)模型都要準(zhǔn)確。
在上文分析的基礎(chǔ)上,本文構(gòu)建的U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型對(duì)GDP增長(zhǎng)率的樣本內(nèi)預(yù)測(cè)精度具有比較優(yōu)勢(shì),但是該模型并不能對(duì)樣本外的GDP增長(zhǎng)率進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此,本文在U-AR(4)-MIDAS(3,19)模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建向前h步MIDAS模型U-AR(4)-MIDAS(3,9,h),該模型不僅可以進(jìn)行樣本外預(yù)測(cè),還可以及時(shí)運(yùn)用最新公布的月度PMI指數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)GDP增長(zhǎng)率進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)道,并對(duì)GDP增長(zhǎng)率不斷進(jìn)行更新和修正。當(dāng)h=0時(shí),運(yùn)用本季度3個(gè)月及之前的PMI指數(shù)對(duì)GDP增長(zhǎng)率進(jìn)行預(yù)測(cè);當(dāng)h=1時(shí),運(yùn)用本季度前2個(gè)月及之前的PMI指數(shù)對(duì)GDP增長(zhǎng)率進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此,當(dāng)h>3時(shí)便可以對(duì)樣本外的GDP增長(zhǎng)率進(jìn)行預(yù)測(cè)。U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型在不同向前步數(shù)情況下的RMSE值和多項(xiàng)式權(quán)重變化趨勢(shì)分別如圖4(a)和圖4(b)所示。

圖4 U-AR(4)-MIDAS(3,9,h)模型RMSE和多項(xiàng)式權(quán)重變化趨勢(shì)圖
由圖4可知,當(dāng)h=4時(shí),即U-AR(4)-MIDAS(3,9,4)模型的預(yù)測(cè)精度最好,其RMSE值為5.068。當(dāng)h超過(guò)4最低點(diǎn)時(shí),會(huì)呈現(xiàn)跳躍式增長(zhǎng)的趨勢(shì),即隨著h的增大,對(duì)GDP進(jìn)行增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)時(shí),預(yù)測(cè)精度會(huì)不斷下降。這意味著在進(jìn)行GDP走勢(shì)預(yù)測(cè)時(shí),運(yùn)用最新的PMI指數(shù)數(shù)據(jù)會(huì)提高模型的預(yù)測(cè)精度,且GDP主要受最近幾年P(guān)MI指數(shù)數(shù)據(jù)的影響,隨著時(shí)間的向前推移,PMI指數(shù)對(duì)GDP增長(zhǎng)率的影響逐漸下降。U-AR(4)-MIDAS(3,9,h)模型適合進(jìn)行短期預(yù)測(cè),該模型對(duì)GDP增長(zhǎng)率的短期預(yù)測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 U-AR(4)-MIDAS(3,9,h)模型短期預(yù)測(cè)結(jié)果
表4選取滯后9階高頻PMI指數(shù),向前1~8步的自回歸非限制混頻數(shù)據(jù)抽樣模型,運(yùn)用最新公布的2017年第三個(gè)季度七八月份的PMI指數(shù)數(shù)據(jù),對(duì)2017年第三季度的實(shí)際GDP增長(zhǎng)率數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。以U-AR(4)-MIDAS(3,9,4)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果為例,該預(yù)測(cè)結(jié)果顯示2017年第三季度較第二季度GDP增長(zhǎng)率約為3.97%,即2017年第三季度實(shí)際GDP約為199633.8367億元。以U-AR(4)-MIDAS(3,9,8)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果為例,該預(yù)測(cè)結(jié)果顯示2017年第三季度GDP較第二季度增長(zhǎng)率約為4.16%,即2017年第三季度實(shí)際GDP約為172985.71億元,2017年第三季度GDP約為199998.6576億元。
本文構(gòu)建混頻數(shù)據(jù)抽樣模型(MIDAS),選取2007年6月至2015年6月的GDP增長(zhǎng)率數(shù)據(jù)和相應(yīng)的月度PMI指數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行估計(jì),并對(duì)2015第三季度到2017年第二季度的GDP增長(zhǎng)率進(jìn)行樣本內(nèi)預(yù)測(cè),通過(guò)比較不同混頻數(shù)據(jù)模型的樣本內(nèi)預(yù)測(cè)精度,確定自回歸非限制性混頻數(shù)據(jù)抽樣模型(U-AR(4)-MIDAS(3,9)的預(yù)測(cè)精度具有比較優(yōu)勢(shì)且優(yōu)于PDL、ADL、AR、MA、ARMA 這5種基準(zhǔn)模型。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建向前h步自回歸非限制性混頻數(shù)據(jù)抽樣模型(U-AR(4)-MIDAS(3,9,h),利用最新公布的月度PMI指數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)GDP增長(zhǎng)率進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和修正。綜合以上分析,本文主要得出以下結(jié)論:第一,對(duì)GDP增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)具有比較優(yōu)勢(shì)的U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型的估計(jì)結(jié)果顯示高頻PMI指數(shù)每一滯后期均具有較高的估計(jì)系數(shù),這表明混頻數(shù)據(jù)抽樣模型可以充分利用高頻數(shù)據(jù)攜帶的有效信息。第二,U-AR(4)-MIDAS(3,9)模型估計(jì)結(jié)果表明高頻月度PMI指數(shù)對(duì)GDP增長(zhǎng)率具有較強(qiáng)的解釋能力,并且其對(duì)GDP的影響會(huì)持續(xù)9個(gè)月,GDP自身之間也存在著相互影響,這種影響會(huì)持續(xù)4個(gè)季度之久。第三,U-AR(4)-MIDAS(3,K,h)利用最新公布的2017年第三季度前兩個(gè)月的PMI指數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)第三季度GDP增長(zhǎng)率進(jìn)行短期預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果顯示第三季度GDP的環(huán)比增長(zhǎng)率比以往年度第三季度的環(huán)比增長(zhǎng)率有所偏低。