Abhängigkeit in einer Zeitreihe prüfen

Untersuchen Sie, wie Beobachtungen in regelmäßigen Zeitabständen mit früheren Werten zusammenhängen.

Anleitungen · Grundlagen der Statistik · 4 Min. Lesezeit

App-Befehle, Arbeitsblattkennungen und Werte der Beispieldaten bleiben im Original erhalten. Screenshots, Diagramme und Dateien zum Herunterladen liegen im englischen Original vor. Die Zahlen in dieser Anleitung verwenden die englische Schreibweise mit Dezimalpunkt und Tausenderkomma.

Beispiel: stündliche Kühlwassertemperatur

168 Beobachtungen: ein Temperaturmesswert pro Stunde an sieben aufeinanderfolgenden Tagen.

Beispieldaten herunterladen (CSV, englisches Original)

Dasselbe Beispiel finden Sie unter Help. Importieren Sie die CSV-Datei, um den Schritten zu folgen, oder verwenden Sie Open example in a practice copy in Help, um die Eingaben vorab ausfüllen zu lassen.

1. Arbeitsumgebung erstellen

Öffnen Sie Basic Statistics in der Seitenleiste und wählen Sie Autocorrelation. Erstellen Sie eine Analyse, geben Sie ihr einen Namen, wählen Sie New blank worksheet und anschließend Create analysis.

2. Beispieldaten importieren

Laden Sie die CSV-Datei oben herunter und importieren Sie sie in das Arbeitsblatt. Wählen Sie Comma als Trennzeichen, Dot als Dezimaltrennzeichen und First row contains column names.

3. Geordnete Zeitreihe zuordnen

Ordnen Sie unter Inputs die Spalte supply_temperature_c dem Feld Time series zu. Behalten Sie die 168 stündlichen Messwerte in ihrer aufgezeichneten Reihenfolge bei. Entfernen Sie keine Lücken innerhalb der Reihe und gehen Sie nicht davon aus, dass eine Sortierung des Arbeitsblatts die Analysereihenfolge ändert.

4. Diagnostik einstellen

Geben Sie 0.05 in Significance level (α) ein. Wählen Sie Default für Lag selection; bei 168 Beobachtungen sollte die Statusanzeige 42 lags anzeigen. Öffnen Sie Residual modeling und lassen Sie Fit a model and analyze residuals deaktiviert.

Autocorrelation: Eingaben mit den Spaltenzuordnungen und Einstellungen des Beispiels
Englischer Screenshot der Eingaben mit den Beispielspalten und Einstellungen vor dem Analyselauf. Bild in voller Größe ansehen (öffnet sich in einem neuen Tab)

5. Analyse ausführen

Wählen Sie Run analysis und öffnen Sie anschließend Results.

6. Ergebnisse interpretieren

  1. Lag-Achse ablesen

    Die 168 Messwerte wurden sieben Tage lang stündlich erfasst. Lag 1 vergleicht benachbarte Stunden; Lag 24 vergleicht Messwerte im Abstand von einem Tag. Korrelationen messen einen linearen Zusammenhang, keinen Temperaturunterschied.

  2. Auf Fortbestehen und Wiederkehr von Zusammenhängen achten

    Die ACF beträgt bei Lag 1 etwa 0.91 und bei Lag 24 etwa 0.74. Beide überschreiten ihre angezeigten Signifikanzgrenzen. Die Temperaturen hängen tendenziell über benachbarte Stunden hinweg zusammen; auch im Abstand von einem Tag tritt ein Zusammenhang wieder auf. Prüfen Sie die täglichen Betriebsaufzeichnungen; das Diagramm benennt keine physikalische Ursache.

    Englisches Diagramm der ACF der Zeitreihe (Series ACF)
    Englisches Diagramm der ACF der Zeitreihe (Series ACF). Diagramm in voller Größe ansehen (öffnet sich in einem neuen Tab)
  3. Partielle Korrelationen ablesen

    Bei Lag 2 beträgt die ACF etwa +0.77, während die PACF nach Berücksichtigung von Lag 1 etwa −0.34 beträgt. Der unbereinigte Zusammenhang über zwei Stunden und der zusätzliche Zusammenhang nach Bereinigung können unterschiedliche Vorzeichen haben. Vergleichen Sie die PACF mit ihren punktweisen Grenzen; in diesem Analyselauf wird kein Zeitreihenmodell angepasst.

    Englisches Diagramm der PACF der Zeitreihe (Series PACF)
    Englisches Diagramm der PACF der Zeitreihe (Series PACF). Diagramm in voller Größe ansehen (öffnet sich in einem neuen Tab)
  4. Kombinierten Test ablesen

    Bis Lag 42 beträgt Ljung–Box Q 2,246.90. Der äußerst kleine p-Wert wird aufgrund der numerischen Genauigkeit als 0 angezeigt, nicht weil die Wahrscheinlichkeit genau null ist. Es gibt starke Hinweise auf serielle Abhängigkeit.

  5. Abhängigkeit bei weiteren Analysen berücksichtigen

    Behalten Sie die stündliche Reihenfolge bei und berücksichtigen Sie die Abhängigkeit in der nächsten Analyse. Werden alle 168 Messwerte als unabhängig gezählt, kann die vorhandene Evidenz überschätzt werden. Diese Diagnostik belegt weder einen statistisch beherrschten Prozess noch Prozessfähigkeit.

Weitere Einzelheiten: die einzelnen Ergebnisabschnitte lesen

Vollständige Ergebnistabellen verwenden wie im Bereich Help sechs signifikante Stellen.

Autokorrelationsdiagnostik der Zeitreihe

Effective observations beträgt 168 und Final displayed / tested lag beträgt 42. Alpha ist 0.05 und Lag selection ist Default. Calculation version kennzeichnet die Konventionen der Diagnostik. Ljung–Box Q und der zugehörige p-Wert fassen die Evidenz bis zum letzten Lag zusammen; lesen Sie eine angezeigte Null als numerische Darstellungsgrenze.

Autokorrelationsdiagnostik der Zeitreihe · 11 Zeilen
KennzahlWert
Berechnungsversion2
ReiheGeordnete Messwerte
Effektive Beobachtungen168
Alpha0.05
Auswahl der VerzögerungenStandard (Orientierung am Stichprobenumfang)
Angeforderte VerzögerungenStandard
Letzte angezeigte / getestete Verzögerung42
Ljung–Box-Q2246.9
Ljung–Box-Freiheitsgrade42
Ljung–Box-p-Wert0
InterpretationHinweise auf Autokorrelation in der Reihe bis zur Verzögerung 42 (α = 0.05).

Korrelationen der Zeitreihe und kumulierter Ljung–Box-Test

Lag ist der Abstand in Stunden. ACF ist die Korrelation mit dem entsprechenden früheren Wert; PACF berücksichtigt dazwischenliegende Lags. ACF T ist die ACF geteilt durch ihren Standardfehler und testet einen einzelnen Lag. LBQ, LBQ DF und LBQ p-value geben den kumulierten Ljung–Box-Test bis zum jeweiligen Lag an. Alle 42 Zeilen werden angezeigt; bei größeren Lags stehen weniger Beobachtungspaare zur Verfügung.

ACF T testet einen einzelnen Lag. LBQ und der zugehörige p-Wert fassen die Lags von 1 bis zum Lag der jeweiligen Zeile zusammen.

Korrelationen der Zeitreihe und kumulierter Ljung–Box-Test · 42 Zeilen
LagACFPACFACF TLBQLBQ-FreiheitsgradeLBQ-p-Wert
10.9097260.90972611.7914141.53511.22919e-32
20.769726-0.3357096.12268243.46921.35295e-53
30.590476-0.2578123.90555303.8231.48278e-65
40.392682-0.1534312.3894330.67342.60783e-70
50.191901-0.1127361.12992337.12551.03399e-70
6-0.0126268-0.192623-0.0737881337.15368.82606e-70
7-0.218903-0.237349-1.27918345.65471.04946e-70
8-0.404073-0.1235-2.33857374.79884.57796e-76
9-0.564829-0.172807-3.16745432.10491.91524e-87
10-0.692961-0.192586-3.67284518.904104.02031e-105
11-0.774349-0.13218-3.8097627.98111.44312e-127
12-0.797445-0.048621-3.62281744.402121.36661e-151
13-0.767302-0.0875804-3.24179852.885136.44296e-174
14-0.680068-0.0193745-2.70878938.656142.24161e-191
15-0.55157-0.0449476-2.10687995.445151.27574e-202
16-0.3799820.0736759-1.414551022.57161.64022e-207
17-0.1810780.0576671-0.6662071028.78176.27864e-208
180.02646760.02966840.09712111028.91184.64621e-207
190.22780.04289790.8358491038.86192.67704e-208
200.401449-0.0277181.466921069.96204.61875e-214
210.551640.09390071.990391129.08218.27472e-226
220.6641550.03431122.341771215.37222.34917e-243
230.723244-0.04864392.470741318.39231.75938e-264
240.7363180.03844592.42871425.92241.42531e-286
250.695007-0.02047012.215961522.4252.65207e-306
260.60346-0.0394521.870181595.64260
270.4820560.06897461.463781642.71270
280.3378290.08752171.012991665.99280
290.1783970.07829330.5316891672.53290
300.01497290.07297780.04455011672.58300
31-0.166442-0.110348-0.4952221678.35310
32-0.348901-0.084198-1.036591703.91320
33-0.505749-0.0176767-1.493061758.03330
34-0.603230.185411-1.757671835.58340
35-0.654539-0.0127267-1.873041927.58350
36-0.6538730.0128352-1.833252020.09360
37-0.618623-0.0389209-1.700732103.52370
38-0.549054-0.0347339-1.484132169.75380
39-0.454397-0.0953556-1.212472215.46390
40-0.3274130.0175038-0.8660952239.38400
41-0.181502-0.00499547-0.4779912246.79410
42-0.0225211-0.0156713-0.05922952246.9420

Berechnungsmethode und Ausrichtung der Zeitreihe

Diese Zeilen dokumentieren den ACF-Nenner auf Grundlage der gesamten Zeitreihe, die PACF-Rekursion, Bartlett-Standardfehler und Signifikanzgrenzen nach der Student-t-Verteilung. Bewahren Sie mit einer berichteten Diagnostik auch die Berechnungsversion, die Arbeitsblattreihenfolge und die Hinweise zur Ausrichtung auf. Die Residuenmodellierung ist ausgeschaltet.

Berechnungsmethode und Ausrichtung der Zeitreihe · 13 Zeilen
KennzahlWert
ACF-SchätzerMittelwert und Nenner der gesamten Reihe (unkorrigiert)
PACF-SchätzerDurbin–Levinson-Rekursion aus derselben unkorrigierten ACF
ACF-StandardfehlerBartlett: √((1 + 2Σ vorherige ACF²) / n)
ACF TACF / Standardfehler
SignifikanzgrenzenStudent-t × SE für ACF; Student-t / √n für PACF
Freiheitsgrade der Student-t-Verteilung167
Student-t-Multiplikator1.97427
Ljung–Boxn(n + 2) Σ ACF(k)² / (n − k); obere Restwahrscheinlichkeit der Chi-Quadrat-Verteilung
Freiheitsgradkorrektur für geschätzte Parameter0
Erste ursprüngliche Arbeitsblattzeile1
Letzte ursprüngliche Arbeitsblattzeile168
Ausgeschlossene führende leere Zellen0
Ausgeschlossene abschließende leere Zellen0

Standardfehler und Signifikanzgrenzen der Zeitreihe

Jede Lag-Zeile enthält ACF SE mit der unteren und oberen Signifikanzgrenze sowie die untere und obere PACF-Grenze. Die ACF-Grenzen ändern sich mit dem Lag, während die PACF-Grenzen hier konstant sind. Diese punktweisen Grenzen sind weder Temperaturspezifikationen noch Eingriffsgrenzen; die Betrachtung vieler Lags kann zu vereinzelten Auffälligkeiten führen.

Standardfehler und Signifikanzgrenzen der Zeitreihe · 42 Zeilen
LagACF-StandardfehlerACF-UntergrenzeACF-ObergrenzePACF-UntergrenzePACF-Obergrenze
10.0771517-0.1523180.152318-0.1523180.152318
20.125717-0.24820.2482-0.1523180.152318
30.151189-0.2984880.298488-0.1523180.152318
40.164344-0.3244590.324459-0.1523180.152318
50.169837-0.3353040.335304-0.1523180.152318
60.171123-0.3378420.337842-0.1523180.152318
70.171128-0.3378530.337853-0.1523180.152318
80.172787-0.3411280.341128-0.1523180.152318
90.178323-0.3520580.352058-0.1523180.152318
100.188672-0.3724890.372489-0.1523180.152318
110.203258-0.4012860.401286-0.1523180.152318
120.220118-0.4345730.434573-0.1523180.152318
130.236691-0.4672910.467291-0.1523180.152318
140.25106-0.4956610.495661-0.1523180.152318
150.261796-0.5168560.516856-0.1523180.152318
160.268624-0.5303370.530337-0.1523180.152318
170.271805-0.5366160.536616-0.1523180.152318
180.272522-0.5380320.538032-0.1523180.152318
190.272537-0.5380620.538062-0.1523180.152318
200.273668-0.5402950.540295-0.1523180.152318
210.277151-0.5471720.547172-0.1523180.152318
220.283612-0.5599260.559926-0.1523180.152318
230.292723-0.5779150.577915-0.1523180.152318
240.303173-0.5985460.598546-0.1523180.152318
250.313637-0.6192050.619205-0.1523180.152318
260.322674-0.6370470.637047-0.1523180.152318
270.329324-0.6501740.650174-0.1523180.152318
280.333497-0.6584140.658414-0.1523180.152318
290.335528-0.6624230.662423-0.1523180.152318
300.336092-0.6635370.663537-0.1523180.152318
310.336096-0.6635450.663545-0.1523180.152318
320.336586-0.6645130.664513-0.1523180.152318
330.338732-0.668750.66875-0.1523180.152318
340.343198-0.6775650.677565-0.1523180.152318
350.349452-0.6899130.689913-0.1523180.152318
360.356675-0.7041730.704173-0.1523180.152318
370.36374-0.7181210.718121-0.1523180.152318
380.36995-0.7303810.730381-0.1523180.152318
390.374769-0.7398950.739895-0.1523180.152318
400.378034-0.7463410.746341-0.1523180.152318
410.379718-0.7496660.749666-0.1523180.152318
420.380234-0.7506850.750685-0.1523180.152318
  • Die Grenzen beschreiben Kennzahlen einzelner Lags; sie bilden kein simultanes Konfidenzband über alle angezeigten Lags.

Berechnungskonventionen

Berechnungsversion 2: ACF-Nenner auf Grundlage der gesamten Zeitreihe, unbereinigte ACF-Rekursion für die PACF, Bartlett-Standardfehler der ACF und Signifikanzgrenzen nach der Student-t-Verteilung. T bewertet einen einzelnen Lag; Ljung–Box fasst die Evidenz bis zum angegebenen Lag zusammen. Diese Diagnostik belegt weder Prozessstabilität noch die Eignung für SPC.

7. Bericht erstellen

Behalten Sie sowohl Series ACF als auch Series PACF, alle Zeilen mit Korrelationen und Grenzen, die Zeitreihendiagnostik und die Hinweise zur Berechnungsmethode im englischen Bericht. Dokumentieren Sie den stündlichen Abstand und die ursprüngliche Reihenfolge und behalten Sie die Warnungen der Anwendung zur Abhängigkeit und zur SPC-Interpretation.

Wählen Sie Add to report im abgeschlossenen Analyselauf. Öffnen Sie Choose individual items and advanced options zur Auswahl von Tabellen und Diagrammen und wählen Sie anschließend Add to draft. Ausgeblendete Elemente bleiben in der gespeicherten Analyse erhalten.

Geben Sie dem Bericht einen Namen und ergänzen Sie den Zweck der Untersuchung sowie Ihre Interpretation. Wählen Sie Save, prüfen Sie Preview und verwenden Sie anschließend Export → Download HTML. Das folgende Beispiel enthält den gesamten ausgewählten Inhalt, auch Ergebnisse, die über eine Bildschirmansicht hinausgehen.

Dieser Bericht wurde in der App erstellt und liegt im englischen Original vor. Vollständige Originalausgabe der App für dieses Help-Beispiel mit den zugehörigen Tabellen, Diagrammen und Hinweisen zum Analyselauf. Die Zahlen im Bericht behalten die in der App angezeigte numerische Präzision bei. Exportierte Diagramme sind statisch. Auf schmalen Bildschirmen können Sie breite Diagramme und Tabellen horizontal scrollen.
Beispielbericht ansehen: Abhängigkeit in einer Zeitreihe der Kühlwassertemperatur untersuchen

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