Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HỒI QUY CHUYỂN TIẾP TRƠN TRONG PHÂN TÍCH KINH TẾ VĨ MÔ Trước ñây, khi ñối mặt với các hiện tượng phi tuyến trong kinh tế, các nhà mô hình thường xử lý bằng cách lấy xấp xỉ tuyến tính cho các hiện tượng phi tuyến. Với cách xử lý như trên, ít nhiều nó ñã giúp cho các nhà kinh tế giải thích ñược một số các hiện tượng kinh tế phi tuyến. Tuy nhiên, cách xử lý như thế này cũng chỉ giúp cho các nhà kinh tế giải quyết ñược một số nhỏ các trường hợp riêng lẻ chứ không phải là một cách trọn vẹn. Vì thế, các chỉ ñịnh phi tuyến ñã cho thấy tính hữu ích của nó trong việc giải thích cho các trường hợp phi tuyến.
Và ngày nay, các mô hình phi tuyến ñã có một chỗ ñứng vững chắc hơn trong việc mô hình hóa tài chính và kinh tế vĩ mô. Các mô hình kinh tế lượng phi tuyến có thể ñược chia thành hai nhóm. Nhóm thứ nhất là các mô hình không xếp mô hình tuyến tính vào một dạng ñặc biệt của mô hình phi tuyến. Nhóm thứ hai gắn với một số mô hình quen thuộc, nó bao trùm cả mô hình tuyến tính.
Mô hình hồi quy hoán chuyển, các mô hình dạng hoán chuyển Markov, và mô hình hồi quy chuyển tiếp trơn là những ví dụ cho nhóm mô hình này. Các nhà nghiên cứu quan tâm tới việc áp dụng các mô hình này có thể lựa chọn mô hình tuyến tính làm xuất phát ñiểm và sau ñó xem xét dạng phi tuyến mở rộng nếu chúng tỏ ra là cần thiết. Do vậy, chương một của luận án sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về mô hình hồi quy chuyển tiếp trơn, quy trình mô hình hóa STR của nó bao gồm: chỉ ñịnh, ước lượng và ñánh giá. Và ñể làm rõ hơn vấn ñề lý thuyết và khả năng ứng dụng của lớp mô hình trên trong thực tế, thì tiếp theo luận án sẽ trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu về ứng dụng mô hình chuỗi thời gian chuyển tiếp trơn trên thế giới.
Cơ sở lý thuyết mô hình hồi quy chuyển tiếp trơn Trong phần cơ sở lý thuyết này, tác giả sẽ không trình bày lại các mô hình tuyến tính mà chỉ trình bày tóm tắt ngắn gọn về mô hình chuyển tiếp trơn (STR) dạng chuẩn, và các trường hợp ñặc biệt của nó cùng với quy trình mô hình hóa của STR. Mô hình hồi quy chuyển tiếp trơn (STR) Mô hình hồi quy chuyển tiếp trơn (STR) là một trong các dạng của mô hình hồi quy chuỗi thời gian phi tuyến, ñược ñề xuất bởi Bacon và Watts (1971) [21] dựa trên sự phát triển từ mô hình hồi quy hoán chuyển mà Quandt (1958) [64] ñã ñưa ra trước ñó, và gần ñây việc áp dụng lớp mô hình STR ñược rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm ñến và ñánh giá lại, trong ñó ñáng kể nhất là các nghiên cứu của Granger và Terasvirta (1996) [43], Terasvirta (1998) [72]. Trong một nghiên cứu mới nhất về mô hình hồi quy chuyển tiếp trơn STR, Terasvirta [73] ñã ñưa ra dạng chuẩn tổng quát về lớp của mô hình hồi quy chuyển tiếp trơn (STR) này, dạng chuẩn tổng quát của nó ñược biễu diễn dưới dạng: y t = p ' x t + q ' x tG ( g, c, st ) + ut , t = 1, 2,.1) Trong ñó, 1 (i) xt = ( z t' , wt' )’ là một véc tơ các biến giải thích bao gồm: các trễ của biến nội sinh và các biến ngoại sinh; ' ' (ii) z t' = (1, y t - 1, ¼ , y t - p ) , và w t = (w1t , ¼ , w kt ) là các véc tơ của các biến ngoại sinh; (iii) p = ( p 0 , p 1, ¼ , p m )' và q = (q0 , q1, ¼ , qm )' là các ((m+1)×1) véc tơ tham số, với m = p+ k; (iv) ut là sai số tuân theo quy luật phân phối chuẩn; (v) G(γ, c, st) là một hàm của biến chuyển tiếp st và bị chặn ( 0 £ G £ 1 ), hàm số này liên tục tại mọi vị trí trong không gian tham số với mọi giá trị của st, trong ñó γ là tham số (ñộ dốc) chỉ tốc ñộ của hàm chuyển tiếp, và c = (c1, …, ck)’ là véc tơ các tham số vị trí (tham số ngưỡng) thỏa mãn: c1 ≤ … ≤ ck và tham số ngưỡng này cho biết vị trí mà quá trình chuyển tiếp có thể xảy ra. 1 Dấu ‘ trên ñầu mỗi ký tự π, θ, z, w…trong biểu thức (1.1) là các ma trận chuyển vị của các ma trận tương ứng π, θ, z, w.
e 8 Bằng cách biến ñổi toán học, ta có thể viết lại phương trình (1.1) dưới dạng khác là: y t = p ' x t + q ' x tG ( g, c, st ) + ut = {p + qG ( g, c, st )}' x t + u t , t = 1, 2,.2) Với cách biễu diễn ở dạng (1.2), cho thấy ứng với mỗi giá trị của st sẽ cho tương ứng một giá trị xác ñịnh của hàm chuyển tiếp G( γ, c, st ) chính vì thế mô hình STR có thể xem là một mô hình tuyến tính có các hệ số { p + qG (g, c, s t )} biến ñổi theo thời gian ngẫu nhiên. Theo cách biễu diễn ở dạng chuẩn tổng quát (1.1) thì ta có thể xem mô hình STR như là một mô hình hồi quy hoán chuyển hai cơ chế ứng theo hai giá trị cực trị của hàm chuyển tiếp là G( γ, c, st ) = 0 và G( γ, c, st ) =1. ðể ý rằng, so với mô hình mà Quandt ñề xuất năm 1958 thì mô hình STR có sự khác biệt hơn ở chỗ nó cho phép sự thay ñổi giữa hai thời kỳ trong cùng một tiến trình là liên tục, ứng với mỗi giá trị khác nhau của hàm chuyển tiếp G( γ, c, st ) nằm trong khoảng (0, 1). Người ta có thể dùng bất kỳ hàm khả vi liên tục nào làm hàm chuyển tiếp miễn là nó thỏa mãn ñiều kiện: 0 £ G ( g, c, s t ) £ 1, " c, s t , g ¹ 0.
Tuy nhiên, trong thực nghiệm người ta thường hay lựa chọn dạng hàm chuyển tiếp có dạng là: hàm logistic, hàm mũ. Trường hợp hàm chuyển tiếp trơn là hàm logistic tổng quát (LSTR) Nếu hàm chuyển tiếp trong biểu thức (1.1) có dạng là hàm logistic tổng quát: - 1 æ ïì K ïüö ï÷ G ( g, c, st ) = çç1 + exp íï - g Õ (st - ck )ý ÷ , c1 £ c2 £ .3) çè ïîï k=1 þïï ÷ ø Khi ñó, các phương trình (1.3) cùng nhau xác ñịnh mô hình STR logistic (LSTR): ìï y t = p ' x t + q ' x tG ( g, c, st ) + u t ïï ïï ïí (1.4) - 1 ïï æ ïìï K ïü ï ö ÷ ç ïïï G ( g, c, st ) = çèç1 + exp íï - g Õ (st - ck )ýï÷ ÷ ÷ ø ïî ï î k = 1 þï e 9 Các lựa chọn phổ biến nhất của K là K = 1 và K = 2. - ðối với K = 1 các tham số p + qG ( g, c, st ) thay ñổi ñơn ñiệu và là một hàm của st từ π tới π +θ. Khi ñó, mô hình thu ñược gọi là LSTR1 sẽ có một ngưỡng duy nhất và cho thấy quá trình chuyển giữa hai trạng thái là ñơn ñiệu.
- ðối với K = 2 các tham số p + qG ( g, c, st ) thay ñổi ñơn ñiệu xung quanh ñiểm giữa (c1 + c2)/2, tại ñó hàm logistic ñạt giá trị cực tiểu, giá trị cực tiểu nằm giữa 0 và 1/2. Khi ñó, mô hình ñược gọi là LSTR2 sẽ có hai ngưỡng, một ngưỡng phía trên và một ngưỡng phía dưới giữa hai trạng thái. Mô hình LSTR1 Với K =1, hàm chuyển tiếp (1.5) 1 + exp {- g (st - c )} Tham số c trong (1.5) ñược giải thích là ngưỡng giữa hai thời kỳ, hàm GK=1 là một hàm ñơn ñiệu tăng từ 0 ñến 1 theo biến chuyển tiếp st. Khi st = c, thì hàm G K= 1( g, c, c) = 0, 5 , có thể nói rằng tham số vị trí c ñại diện cho các ñiểm chuyển tiếp giữa hai thời kỳ với lim G K = 1 = 0 và lim G K = 1 = 1.
st ® - ¥ st ® + ¥ Hình 1. ðồ thị của hàm LSTR1 với c = 1 e 10 Hình 1.1, cho thấy tốc ñộ của tham số ñộ dốc γ sẽ cho phép quá trình chuyển tiếp của GK=1 từ 0 ñến 1 diễn ra nhanh như thế nào. - Với γ = 1 cho thấy quá trình chuyển tiếp của GK=1 từ 0 ñến 1 tương ñối chậm, với γ = 10 cho thấy quá trình chuyển tiếp diễn ra khá nhanh. Khi γ = 0, thì hàm GK=1 = 0,5.
Trong trường hợp này mô hình (1.1) là một mô hình hồi quy tuyến tính. Trong thực nghiệm, mô hình LSTR với K = 1 (LSTR1) có thể mô hình hóa hành vi bất ñối xứng. Ví dụ, giả sử rằng biến chuyển tiếp st ño lường các giai ñoạn trong chu kỳ kinh doanh. Khi ñó, mô hình LSTR1 có thể mô tả tính chất của chúng trong miền tăng trưởng khác với tính chất ñộng trong miền suy thoái, và cho phép chuyển tiếp trơn từ thái cực này sang thái cực kia.
Mô hình LSTR2 Với K = 2, hàm chuyển tiếp logistic (1.6) 1 + exp {- g (st - c1 )(st - c2 )} c1 + c2 Rõ ràng, hàm chuyển tiếp G2 ñối xứng quanh ñiểm giữa và 2 lim G K = 2 = 1 , và tại ñó hàm logistic ñạt giá trị cực tiểu. Giá trị cực tiểu nằm giữa 0 st ® ± ¥ và 1/2. Khi γ → ∞, hàm GK=2 ñạt giá trị bằng 0; Khi c1 = c2 với γ < ∞, thì hàm GK=2 = 0,5. Khi ñó, tham số γ sẽ kiểm soát ñộ dốc và vị trí c1 và c2 của hàm chuyển tiếp.
ðồ thị của hàm LSTR2 với c1 = -1, c2 =1 Hình 1.2, mô tả về hàm GK=2 với hai giá trị khác nhau của tham số c1 , c2 là c1 = - 1 và c2 = 1. Khi γ = 0 hàm chuyển tiếp G (γ , c1 , c2 , st ) = 0,5 lúc này mô hình LSTR2 trở thành mô hình hồi quy tuyến tính.