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        ARIMAX模型在A省人口出生率預(yù)測中的應(yīng)用

        2021-11-05 06:35:30姚秀俠杜潔
        關(guān)鍵詞:利用模型

        姚秀俠,杜潔

        (1.阜陽師范大學(xué) 校醫(yī)院;2.阜陽師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,安徽 阜陽 236037)

        人口關(guān)系到一個(gè)國家的命運(yùn),它是一個(gè)國家發(fā)展的基礎(chǔ)。近年來,我國人口出生率偏低,為了解決一系列由人口出生率低引發(fā)的問題,我國在2018年實(shí)行“全面放開二孩”政策。A省是我國的人口大省,根據(jù)抽樣調(diào)查顯示,A省人口出生率近年穩(wěn)步增長,2017年人口出生率達(dá)到2000年以來最高值,并且二孩出生數(shù)量第一次超過一孩,總和生育率在低水平上有所上升。研究A省的人口出生率,對我國人口控制有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        很多學(xué)者對人口出生率進(jìn)行了預(yù)測研究,王郁玲,汪璽[1]利用ARIMA(autoregressive integrated moving average model)模型對寧波市奉化區(qū)的人口出生率變化趨勢進(jìn)行了預(yù)測,結(jié)果表明預(yù)測較為準(zhǔn)確。孫鑫鑫[2]等對我國1949年—2017年的人口出生率建立ARIMA(1,2,2)模型,并對未來5年的人口出生率進(jìn)行了預(yù)測。任棟,李萍[3]利用非線性回歸模型研究我國人口出生率,得到較好預(yù)測結(jié)果。H Baghestani,M Malcolm利用1975年—2001年的美國出生率數(shù)據(jù),建立ARIMA模型對2002年—2008年美國的人口出生率進(jìn)行了精確地預(yù)測[4]。有學(xué)者指出,人均GDP和人口出生率具有負(fù)相關(guān)關(guān)系[5]。基于此,本文建立以人均GDP(PGDP)為輸入變量,以人口出生率(BR)為響應(yīng)變量的ARIMAX模型,對A省人口出生率進(jìn)行預(yù)測。

        1 動(dòng)態(tài)回歸模型簡介

        2 A省人口出生率序列的預(yù)測

        2.1 選取觀測值

        從A省統(tǒng)計(jì)年鑒(2020)中選取1982年—2019年的人均GDP和人口出生率數(shù)據(jù),見表1。

        表1 1982年和—2019年A省人均GDP和人口出生率數(shù)據(jù)

        2.2 建立動(dòng)態(tài)回歸模型

        2.2.1 檢驗(yàn){l n PGDP}和{l n BR},及{? ln PGDP}和{? ln BR}的平穩(wěn)性

        圖1 {l n PGDP}和{l n BR}以及{? ln PGDP}和{? ln BR}的時(shí)序圖

        表2 {? ln PGDP}的ADF檢驗(yàn)結(jié)果

        表3 {? ln BR}的ADF檢驗(yàn)結(jié)果

        表4 {? ln PGDP}建立ARMA模型的參數(shù)估計(jì)

        表5 殘差的白噪聲檢驗(yàn)結(jié)果

        2.2.3 建立動(dòng)態(tài)回歸模型

        考察{? ln PGDP}和{? ln BR}的互相關(guān)系數(shù),繪制互相關(guān)系數(shù)圖,如圖2所示,建立ARIMAX模型。

        圖2 {? ln PGDP}和{? ln BR}的互相關(guān)系數(shù)圖

        表6 ARIMAX模型參數(shù)估計(jì)結(jié)果

        表7 殘差{at}的白噪聲檢驗(yàn)結(jié)果

        表8 {at}與{l n PGDPt-1}的互相關(guān)檢驗(yàn)結(jié)果

        表9 {at}與{l n PGDPt-7}的互相關(guān)檢驗(yàn)結(jié)果

        2.3 動(dòng)態(tài)回歸模型預(yù)測

        如表10所示,利用擬合的ARIMAX模型對1990年—2019年的A省人口出生率進(jìn)行事后預(yù)測,得到的相對誤差的絕對值都小于12.3%,并且30個(gè)年度計(jì)算的MAPE(mean absolute percentage error)值為3.83%,一般認(rèn)為MAPE的值小于10%時(shí)預(yù)測精度較高[13],因此該模型擬合良好。

        表10 A省人口出生率的事后預(yù)測結(jié)果

        利用該模型對A省人口出生率對數(shù)序列進(jìn)行未來5年的預(yù)測,得到2020年—2024年A省人口出生率對數(shù)分別為2.465 21,2.450 96,2.446 98,2.427 93,2.400 71。進(jìn)行指數(shù)化后,得到2020年—2024年A省人口出生率分別為11.77‰,11.60‰,11.55‰,11.34‰,11.03‰。

        3 圖形擬合

        繪制出{l n BR}和{B R}的擬合圖,如圖3(a),(b)所示。圖3(a)為{l n BR}的擬合圖;圖3(b)為人口出生率{B R}的擬合曲線,可見擬合效果良好。

        圖3 {l n BR}和{B R}的擬合

        4 結(jié)論

        人口出生率的變化受很多因素影響,考慮到人均GDP對人口出生率的影響,建立以A省人均GDP為輸入序列,人口出生率為響應(yīng)序列的ARIMAX模型。根據(jù)1982年—2019年A省人口出生率序列的數(shù)據(jù),得到事后預(yù)測的MAPE值為3.83%,可見模型預(yù)測精確。并對未來5年的A省人口出生率進(jìn)行預(yù)測,得到預(yù)測結(jié)果依次為11.77‰,11.60‰,11.55‰,11.34‰,11.03‰。預(yù)測結(jié)果顯示A省未來5年人口出生率將有所下降,繼續(xù)在較低水平游走,這可為A省提出合理生育政策提供參考。

        附件:

        SAS軟件操作程序

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