[Japanese/English]

Time Series analysis with State Space model

統計数理研究所

2023年10月2日 (Ver. 1.3.4-5)



1. はじめに

　Rパッケージ TSSSは，「FORTRAN77 時系列解析プログラミング」(北川源四郎著)に掲載されていたプログラムパッケージを基に作成された時系列データ解析のための関数群である．Rはフリーな統計処理言語であり，かつ環境でもある．Rは配列演算を基本に設計されているため，多次元配列の扱いに適している．また，グラフィック関数も豊富であり，FORTRANやCのサブルーチンを簡単に呼び出せるインタフェースを備えている．そこで，FORTRANで書かれているオリジナルプログラムの計算処理機能のみをライブラリ化し，R関数を通して入出力およびグラフィック表示をすることによりデータ解析を容易にした．TSSSのR関数の中ではFORTRANのサブルーチンと引数の受け渡しを行い，必要であればその解析結果をRのグラフィック関数を使って表示している．

　「FORTRAN77 時系列解析プログラミング」では，代表的な時系列のモデリングに必要な最小二乗法，最尤法，カルマンフィルタによる推定の方法，情報量規準AICを用いたモデルの評価・選択の方法およびそれらを実現するプログラム等が紹介されている．その後は改訂版としてモンテカルロ・フィルタの章が加わった「時系列解析入門」が出版され，最近では本パッケージ TSSSの使用法と解析例が新たに多数追加された「Rによる時系列モデリング入門」が出版されている．

　また，時変係数ARモデルの時変分散と時変AR係数を推定する関数(tvvar, tvar)と粒子フィルタおよび平滑化の関数(pfilter, pfilterNL)については，OpenMPを使った拡張パッケージTSSSompを利用して並列処理も可能である．

　状態空間モデルに基づく季節調整プログラムにはカルマンフィルタを用いた本パッケージの関数 season() があるが，Kitagawa (1981) で示された情報行列平方根フィルタ (ISRF)を用いた季節調整プログラム DECOMP を基礎として開発された Shiny Web アプリケーション RS-Decomp も利用できる．


2．R のインストール

　ここでは，Windows版Rのインストール方法について簡単に説明する．Linux版や他のバージョンのインストール方法については，RjpWiki を参照のこと．

  1. 実行ファイル(例えば R-4.3.1-win.exe)をＲのサイト CRAN よりダウンロードする．日本国内であれば統計数理研究所 (http://cran.ism.ac.jp/)などのミラーを利用できる．

  2. 実行ファイルをダブルクリックしてインストーラを起動する．
    　表示画面に従ってセットアップに使用する言語を選択「Japanese(OK)」，ライセンスへの同意をチェックし，セットアップ完了画面まで進み(完了)をクリックする．


3. パッケージ TSSSのインストール

　TSSSパッケージはCRANの拡張パッケージ(Contributed Packages) として登録されているで，Windows, macOSの他のバイナリファイルは こちら のサイトからダウンロードできる． 下記にリンクしたWindows用バイナリファイルとLinux用のソースファイルは，それぞれ Windows11 (R-4.3.1) および Ubuntu 22.04 LTS (R-4.3.1) で動作確認をしたものである

3.1 Windowsの場合
  1. バイナリファイル TSSS_1.3.4-5.zip を適当なフォルダにダウンロードする.

  2. R (RGui)を起動し，メニュー [Packages] から
    　　　–> Install package(s) from local zip files…
    　　　–> Select files で ダウンロードした TSSS_1.3.4-5.zip を選択.
    3. 　
  3. メニュー [Packages] から
    　　　–> Load Package..
    　　　–> Select one で TSSS を選択.
3.2 Linuxの場合
  1. ソースファイル TSSS_1.3.4-5.tar.gz を適当なディレクトリにダウンロードする．

  2. スーパーユーザになりインストールする.
    　　 # R CMD INSTALL TSSS_1.3.4-5.tar.gz 　

  3. Rを起動しTSSSをロードする．
    　 　$ R
    　 　> library(TSSS)


4. ドキュメント

  • TSSS-manual.pdf  　RパッケージマニュアルのPDF版

  • TSSS-Ref.pdf（日本語） 　関数一覧と「時系列解析入門」での参照箇所対応表


5. 参考文献
[1] Kitagawa, G. (1981) A Nonstationary Time Series Model and its Fitting by a Recursive Filter, Journal of Time Series Analysis, 2, 103-116.
[2] Kitagawa, G. (2010) Introduction to Time Series Modeling, Chapman & Hall/CRC.
[3] Kitagawa, G. (2020) Introduction to Time Series Modeling with Applications in R. Chapman & Hall/CRC.
[4] 北川源四郎 (1993) 「FORTRAN 77 時系列解析プログラミング」 岩波コンピュータサイエンスシリーズ, 岩波書店
[5] 北川源四郎 (2005) 「時系列解析入門」 岩波書店
[6] 北川源四郎 (2020) 「Rによる 時系列モデリング入門」 岩波書店

本パッケージに関するご質問やバグ報告等がありましたら ismrp(at).grp.ism.ac.jp 宛お寄せ下さい．