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순환성분 추출을 위한 EMD와 HP 필터의 비교분석: 한국의 거시 경제 지표에의 응용
Comparison of EMD and HP Filter for Cycle Extraction with Korean Macroeconomic Indices 원문보기

응용통계연구 = The Korean journal of applied statistics, v.27 no.3, 2014년, pp.431 - 444  

박민정 (통계청 통계개발원) ,  성병찬 (중앙대학교 응용통계학과)

초록
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본 논문에서는 시간-진동수 영역에서 시계열을 여러 구성 성분으로 분해하는 방법인 경험적모드분해법(Empirical Mode Decomposition)을 소개하고, 이를 이용하여 한국의 주요 거시 경제 지표를 대상으로 순환변동과 추세 성분을 추출하고 예측에 활용한다. 그 효율성을 살펴보기 위하여, 추출된 구성 성분들의 변동성, 동행성, 지속성, 인과성, 비정상성 및 예측력을 계산하고, 가장 보편적으로 널리 사용되고 있는 Hodrick-Prescott 필터에 의한 결과와 비교한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We introduce the empirical model decomposition (EMD) to decompose a time series into a set of components in the time-frequency domain. By using EMD, we also extract cycle and trend components from major Korean macroeconomic indices and forecast the indices with the components combined. In order to e...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 즉, 선행종합지수와 소매판매액지수에 있어서 HP 필터에 의한 추세 성분은 원시계열과 동일하게 단위근이 없다는 결론을 주었다. 다음 절에서는 이러한 단위근 검정의 결과가 시계열 모형화에 의해서 예측에 어떤 영향을 미치는지 살펴볼 것이다.
  • 본 논문에서는 순환변동과 추세 성분의 분리를 위하여 시간-진동수 영역에서의 시계열 분해법인 EMD를 소개하고, 이를 주요한 한국의 거시 경제 지표들에 적용하여 HP 필터와 비교하였다. 이를 위하여 각 분해법에 따라 얻어진 성분들의 통계적 특징들이나 통계적 예측 결과 등을 비교하였다.
  • 본 논문에서는 우리나라에 적합한 최적의 분해법을 모색하기 위한 일환으로서, 시간-진동수 영역에서 시계열을 여러 구성 성분으로 분해하는 방법인 경험적 모드 분해법(empirical mode decomposition; EMD)을 소개하고, 이를 이용하여 주요한 거시 경제 지표들에 대한 순환변동 및 추세 성분을 추출한다. 또한, 추출된 성분을 조합하여 예측에 활용한다.
  • 본 논문에서는 지금까지 기술한 EMD 과정을 이용해서 계절조정된 자료에서 순환변동 및 추세 성분을 추출한다. 세부적으로는 SEMD를 사용하여 잡음에 의한 불필요한 IMF의 생성을 제어하였고, 첫 번째 생성되는 IMF를 순환변동으로 간주하였음을 밝혀둔다.
  • 본 절에서는 EMD와 HP 필터에 의해 분해된 성분들을 이용할 경우 예측력을 비교하고자 한다. 이를 위하여, EMD 및 HP 필터에 의하여 각각 생성된 순환변동 및 추세 성분을 2차원의 VAR(vector autoregressive) 모형으로 통합 모형화하였다.
  • 본 절에서는, 추세와 순환변동을 분해하는 방법에 따라 각 성분의 특징이 어떻게 달라지는지 살펴본다. 분석을 위하여 사용된 변수는 총 8개로 국내총생산, 선행종합지수(Composite Leading Index; CLI), 전산업생산지수(Index of All Industry Production; IAIP), 광공업생산지수(Index of Industrial Production; IIP), 서비스업생산지수(Index of Services; IoS), 소매판매액지수(Retail Sales Index; RSI), 설비투자지수(Index of Equipment Investment; IEI), 및 소비자물가지수(Consumer Price Index; CPI)이다.
  • 이를 위하여 각 분해법에 따라 얻어진 성분들의 통계적 특징들이나 통계적 예측 결과 등을 비교하였다. 이는 시간-진동수 영역에서의 분해법인 EMD를 기존의 방법들과 이론적으로 엄밀히 비교하거나 순환변동과 추세 성분을 추출하는 최적의 방법을 논하기 이전에, 각 방법들에 의하여 얻어진 성분들의 특성을 살펴보고자 하는 것이다. 두 방법에 의하여 추출된 순환변동들은 전반적으로 유사한 흐름과 비슷한 값의 변동성, 동행성 및 지속성을 보여주었으나, 그랜저 인과성 측면에서는 EMD가 상대적으로 더 타당한 결론을 보여주었다.
  • 이와 같은 연구결과를 바탕으로 향후 보다 심도 깊은 연구주제들–예를 들면, 금융위기와 같은 구조변화 및 바운더리의 처리 문제, 각 성분들의 스펙트럼의 분석 및 해석, EMD에 변동성 개념의 적용, 비정상성을 가지는 성분들의 예측 및 공통추세(common trend)의 모형화–과 우리나라의 실정에 적합한 순환변동과 추세 성분의 추출에 관한 이론적 연구의 발판을 마련하고자 한다.

가설 설정

  • 1. IMF의 국소 극값(극소값과 극대값)들의 개수와 영을 통과하는 점들의 개수의 차이는 한 개 이하이다.
  • 2. 극값들을 이용해 만든 상위막(upper envelope)과 하위막(lower envelope)의 국소 평균값은 0이다.
  • 각 행(X)에는 인과성을 주는 변수들이, 각열(Y)에는 인과성을 받는 변수들이 나열되어 있고, 괄호 안은 각 변수의 시차를 나타낸다. 귀무가설은 변수 X가 변수 Y에게 인과성을 가지지 않는다(not Granger cause)는 것이다. HP 필터와 EMD에 의한 두 결과가 서로 다른 부분들은 표에서 밑줄로 강조하였으며, 이를 유의수준 5%에서 정리하면 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
경험적모드분해법이란 무엇인가? 본 논문에서는 시간-진동수 영역에서 시계열을 여러 구성 성분으로 분해하는 방법인 경험적모드분해법(Empirical Mode Decomposition)을 소개하고, 이를 이용하여 한국의 주요 거시 경제 지표를 대상으로 순환변동과 추세 성분을 추출하고 예측에 활용한다. 그 효율성을 살펴보기 위하여, 추출된 구성 성분들의 변동성, 동행성, 지속성, 인과성, 비정상성 및 예측력을 계산하고, 가장 보편적으로 널리 사용되고 있는 Hodrick-Prescott 필터에 의한 결과와 비교한다.
시계열 분석에서 분해법은 어떤 용도로 사용되었는가? 시계열 분석에서는 시계열의 모형화 및 예측을 위해서 전통적으로 분해법(decomposition)이 널리 사용 되어 왔다. 경제 시계열은 추세, 순환변동, 계절 성분 및 불규칙 성분의 4가지 구성 요소로 이루어진다고 알려져 있는데 (Cho와 Son, 2009), 계절 성분은 1년 이내의 주기적인 변동으로 정의되며, 주로 계절 조정의 과정을 거쳐서 제거된다.
경제 시계열의 구성 요소에 대한 연구 중 추세 성분 및 순환변동을 추출하는 방법에 대한 연구에만 초점이 맞춰진 이유는 무엇인가? 시계열 분석에서는 시계열의 모형화 및 예측을 위해서 전통적으로 분해법(decomposition)이 널리 사용 되어 왔다. 경제 시계열은 추세, 순환변동, 계절 성분 및 불규칙 성분의 4가지 구성 요소로 이루어진다고 알려져 있는데 (Cho와 Son, 2009), 계절 성분은 1년 이내의 주기적인 변동으로 정의되며, 주로 계절 조정의 과정을 거쳐서 제거된다. 따라서 추세 성분 및 순환변동을 추출하는 방법에 대해서 더 많은 연구의 초점이 맞춰져 왔고, 관련된 대표적인 방법을 살펴보면, Beverage-Nelson 분해법, 비관측인자모형(unobserved component model), Hodrick-Prescott(HP) 필터, Baxter-King(BK) band-pass 필터 등이 있다 (Lee, 2009).
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참고문헌 (16)

  1. Boashash, B. (1992). Estimating and interpreting the instantaneous frequency of a signal - part 1: fundamentals, Proceedings of the IEEE, 80, 519-538. 

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  4. Hodrick, R. J. and Prescott, E. C. (1997). Postwar U.S. business cycles: An empirical investigation, Journal of Money, Credit, and Banking, 29, 1-16. 

  5. Huang, N. E., Shen, Z., Long, S. R., Wu, M. C., Shih, H. H., Zheng, Q., Yen, N. C., Tung, C. C. and Liu, H. H. (1998). The empirical mode decomposition and Hilbert spectrum for nonlinear and nonstationary time series analysis, Proceeding of the Royal Society London A, 454, 903-995. 

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  11. Marcet, A. and Ravn, M. O. (2003). The HP-Filter in Cross-Country Comparisons, CEPR DP 4244. 

  12. Nam, S.-H. (2007). An analysis on the characteristics of recent business cycles, Economic Analysis, 13, 79-109. 

  13. Park, M., Kim, D. and Oh, H.-S. (2011). A reinterpretation of EMD by cubic spline interpolation, Advanced in Adaptive Data Analysis, 3, 527-540. 

  14. Rilling, G. and Flandrin, P. (2008). One or two frequencies? The empirical mode decomposition answers, IEEE Transactions on Signal Processing, 56, 85-95. 

  15. Ryu, M. and Lee, H. S. (2007). Measuring potential output and forecasting future inflation, Sogang Economic Papers, 36, 61-83. 

  16. Tsay, R. S. (2005). Analysis of Financial Time Series, 2nd Edition, Wiley. 

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