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Lag operator

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43: 1804: 1521: 719: 1510: 1799:{\displaystyle {\begin{aligned}\Delta (\Delta X_{t})&=\Delta X_{t}-\Delta X_{t-1}\\\Delta ^{2}X_{t}&=(1-L)\Delta X_{t}\\\Delta ^{2}X_{t}&=(1-L)(1-L)X_{t}\\\Delta ^{2}X_{t}&=(1-L)^{2}X_{t}~.\end{aligned}}} 1117: 1345: 1036: 947: 1190: 804: 564: 1526: 1391: 1889: 173: 1271: 1386: 2156: 544: 479: 2260: 388: 310: 228: 1923: 836: 865: 2033: 1379: 414: 336: 254: 1237: 1199:. In general dividing one such polynomial by another, when each has a finite order (highest exponent), results in an infinite-order polynomial. 1047: 1279: 1041:
Polynomials of lag operators follow similar rules of multiplication and division as do numbers and polynomials of variables. For example,
958: 873: 1128: 745: 714:{\displaystyle \varepsilon _{t}=X_{t}-\sum _{i=1}^{p}\varphi _{i}X_{t-i}=\left(1-\sum _{i=1}^{p}\varphi _{i}L^{i}\right)X_{t}} 2379: 1898:
It is common in stochastic processes to care about the expected value of a variable given a previous information set. Let
2276: 1816: 17: 2339: 2313: 2038:
With these time-dependent conditional expectations, there is the need to distinguish between the backshift operator (
86: 64: 57: 114:(B) operates on an element of a time series to produce the previous element. For example, given some time series 120: 1505:{\displaystyle {\begin{aligned}\Delta X_{t}&=X_{t}-X_{t-1}\\\Delta X_{t}&=(1-L)X_{t}~.\end{aligned}}} 555: 1245: 1929:(this is often subscripted below the expectation operator); then the expected value of the realisation of 2052: 490: 425: 2162: 1195:
As with polynomials of variables, a polynomial in the lag operator can be divided by another one using
344: 266: 184: 1196: 419:
The lag operator (as well as backshift operator) can be raised to arbitrary integer powers so that
51: 1901: 812: 841: 68: 1943: 1364: 393: 315: 233: 2398: 2281: 2271: 1209: 8: 2350: 2328: 31: 2375: 2335: 2309: 1356: 2370:
Box, George E. P.; Jenkins, Gwilym M.; Reinsel, Gregory C.; Ljung, Greta M. (2016).
2046:) that adjusts equally the date of the forecasted variable and the information set: 2286: 554:
Polynomials of the lag operator can be used, and this is a common notation for
110: 2042:) that only adjusts the date of the forecasted variable and the Lag operator ( 2392: 2323: 1239:, removes the entries of the polynomial with negative power (future values). 2291: 100: 1112:{\displaystyle X_{t}={\frac {\theta (L)}{\varphi (L)}}\varepsilon _{t},} 732: 1340:{\displaystyle \varphi \left(1\right)=1-\sum _{i=1}^{p}\varphi _{i}} 739:
so that, for example, the ARMA model can be concisely specified as
1031:{\displaystyle \theta (L)=1+\sum _{i=1}^{q}\theta _{i}L^{i}.\,} 1361:
In time series analysis, the first difference operator  :
942:{\displaystyle \varphi (L)=1-\sum _{i=1}^{p}\varphi _{i}L^{i}} 1515:
Similarly, the second difference operator works as follows:
1185:{\displaystyle \varphi (L)X_{t}=\theta (L)\varepsilon _{t}.} 799:{\displaystyle \varphi (L)X_{t}=\theta (L)\varepsilon _{t}} 1937:
time-steps in the future, can be written equivalently as:
30:"Backshift" redirects here. For the linguistic sense, see 2369: 338:. Equivalently, this definition can be represented as 2165: 2055: 1946: 1904: 1819: 1524: 1389: 1367: 1282: 1248: 1212: 1131: 1050: 961: 876: 844: 815: 748: 567: 558:(autoregressive moving average) models. For example, 493: 428: 396: 347: 318: 269: 236: 187: 123: 1925:
be all information that is common knowledge at time
2327: 2254: 2150: 2027: 1917: 1884:{\displaystyle \Delta ^{i}X_{t}=(1-L)^{i}X_{t}\ .} 1883: 1798: 1504: 1373: 1339: 1265: 1231: 1184: 1111: 1030: 941: 859: 830: 798: 713: 538: 473: 408: 382: 330: 304: 248: 222: 167: 2390: 259:or similarly in terms of the backshift operator 2372:Time Series Analysis: Forecasting and Control 162: 130: 27:Operator for offsetting time series elements 867:respectively represent the lag polynomials 1893: 1027: 87:Learn how and when to remove this message 2303: 168:{\displaystyle X=\{X_{1},X_{2},\dots \}} 50:This article includes a list of general 2322: 14: 2391: 1809:The above approach generalises to the 1350: 1266:{\displaystyle \varphi \left(1\right)} 2355:WolframMathworld: Difference Operator 2348: 36: 2374:(5th ed.). New Jersey: Wiley. 2277:Autoregressive moving average model 2151:{\displaystyle L^{n}E_{t}=E_{t-n},} 539:{\displaystyle L^{k}X_{t}=X_{t-k}.} 474:{\displaystyle L^{-1}X_{t}=X_{t+1}} 24: 1975: 1906: 1821: 1728: 1657: 1639: 1598: 1574: 1558: 1535: 1529: 1447: 1394: 1368: 549: 56:it lacks sufficient corresponding 25: 2410: 2255:{\displaystyle B^{n}E_{t}=E_{t}.} 1273:denotes the sum of coefficients: 2304:Hamilton, James Douglas (1994). 41: 2330:A Guide to Modern Econometrics 2308:. Princeton University Press. 2246: 2221: 2205: 2186: 2142: 2117: 2095: 2076: 2019: 2000: 1984: 1970: 1950: 1856: 1843: 1767: 1754: 1710: 1698: 1695: 1683: 1636: 1624: 1548: 1532: 1479: 1467: 1220: 1213: 1166: 1160: 1141: 1135: 1090: 1084: 1076: 1070: 971: 965: 886: 880: 854: 848: 825: 819: 783: 777: 758: 752: 383:{\displaystyle X_{t}=LX_{t+1}} 305:{\displaystyle BX_{t}=X_{t-1}} 223:{\displaystyle LX_{t}=X_{t-1}} 13: 1: 2297: 735:of lag operators is called a 7: 2265: 1918:{\displaystyle \Omega _{t}} 831:{\displaystyle \varphi (L)} 10: 2415: 1354: 860:{\displaystyle \theta (L)} 29: 2028:{\displaystyle E=E_{t}.} 1813:-th difference operator 1197:polynomial long division 1122:means the same thing as 2334:. John Wiley and Sons. 1894:Conditional expectation 1374:{\displaystyle \Delta } 409:{\displaystyle t\geq 1} 71:more precise citations. 2256: 2152: 2029: 1919: 1885: 1800: 1506: 1375: 1341: 1326: 1267: 1233: 1186: 1113: 1032: 1003: 943: 918: 861: 832: 800: 715: 675: 614: 540: 475: 410: 384: 332: 331:{\displaystyle t>1} 306: 250: 249:{\displaystyle t>1} 224: 169: 2257: 2153: 2030: 1920: 1886: 1801: 1507: 1376: 1342: 1306: 1268: 1234: 1187: 1114: 1033: 983: 944: 898: 862: 833: 801: 716: 655: 594: 541: 476: 411: 385: 333: 307: 251: 225: 170: 2306:Time Series Analysis 2282:Moving average model 2272:Autoregressive model 2163: 2053: 1944: 1902: 1817: 1522: 1387: 1365: 1280: 1246: 1232:{\displaystyle _{+}} 1210: 1204:annihilator operator 1129: 1048: 959: 874: 842: 813: 746: 565: 491: 426: 394: 345: 316: 267: 234: 185: 121: 2351:"Wolfram MathWorld" 1351:Difference operator 2357:. Wolfram Research 2252: 2148: 2025: 1915: 1881: 1796: 1794: 1502: 1500: 1371: 1337: 1263: 1229: 1182: 1109: 1028: 939: 857: 828: 796: 711: 536: 471: 406: 380: 328: 302: 246: 220: 165: 32:Sequence of tenses 18:Backshift operator 2381:978-1-118-67502-1 2349:Weisstein, Eric. 1877: 1788: 1494: 1357:Finite difference 1218: 1094: 97: 96: 89: 16:(Redirected from 2406: 2385: 2366: 2364: 2362: 2345: 2333: 2319: 2261: 2259: 2258: 2253: 2245: 2244: 2220: 2219: 2204: 2203: 2185: 2184: 2175: 2174: 2157: 2155: 2154: 2149: 2141: 2140: 2116: 2115: 2094: 2093: 2075: 2074: 2065: 2064: 2034: 2032: 2031: 2026: 2018: 2017: 1999: 1998: 1983: 1982: 1973: 1968: 1967: 1924: 1922: 1921: 1916: 1914: 1913: 1890: 1888: 1887: 1882: 1875: 1874: 1873: 1864: 1863: 1839: 1838: 1829: 1828: 1805: 1803: 1802: 1797: 1795: 1786: 1785: 1784: 1775: 1774: 1746: 1745: 1736: 1735: 1722: 1721: 1675: 1674: 1665: 1664: 1651: 1650: 1616: 1615: 1606: 1605: 1592: 1591: 1570: 1569: 1547: 1546: 1511: 1509: 1508: 1503: 1501: 1492: 1491: 1490: 1459: 1458: 1442: 1441: 1423: 1422: 1406: 1405: 1380: 1378: 1377: 1372: 1346: 1344: 1343: 1338: 1336: 1335: 1325: 1320: 1296: 1272: 1270: 1269: 1264: 1262: 1238: 1236: 1235: 1230: 1228: 1227: 1216: 1191: 1189: 1188: 1183: 1178: 1177: 1153: 1152: 1118: 1116: 1115: 1110: 1105: 1104: 1095: 1093: 1079: 1065: 1060: 1059: 1037: 1035: 1034: 1029: 1023: 1022: 1013: 1012: 1002: 997: 948: 946: 945: 940: 938: 937: 928: 927: 917: 912: 866: 864: 863: 858: 837: 835: 834: 829: 805: 803: 802: 797: 795: 794: 770: 769: 724:specifies an AR( 720: 718: 717: 712: 710: 709: 700: 696: 695: 694: 685: 684: 674: 669: 640: 639: 624: 623: 613: 608: 590: 589: 577: 576: 545: 543: 542: 537: 532: 531: 513: 512: 503: 502: 480: 478: 477: 472: 470: 469: 451: 450: 441: 440: 415: 413: 412: 407: 389: 387: 386: 381: 379: 378: 357: 356: 337: 335: 334: 329: 311: 309: 308: 303: 301: 300: 282: 281: 255: 253: 252: 247: 229: 227: 226: 221: 219: 218: 200: 199: 174: 172: 171: 166: 155: 154: 142: 141: 92: 85: 81: 78: 72: 67:this article by 58:inline citations 45: 44: 37: 21: 2414: 2413: 2409: 2408: 2407: 2405: 2404: 2403: 2389: 2388: 2382: 2360: 2358: 2342: 2316: 2300: 2268: 2228: 2224: 2215: 2211: 2193: 2189: 2180: 2176: 2170: 2166: 2164: 2161: 2160: 2124: 2120: 2105: 2101: 2083: 2079: 2070: 2066: 2060: 2056: 2054: 2051: 2050: 2007: 2003: 1994: 1990: 1978: 1974: 1969: 1957: 1953: 1945: 1942: 1941: 1909: 1905: 1903: 1900: 1899: 1896: 1869: 1865: 1859: 1855: 1834: 1830: 1824: 1820: 1818: 1815: 1814: 1793: 1792: 1780: 1776: 1770: 1766: 1747: 1741: 1737: 1731: 1727: 1724: 1723: 1717: 1713: 1676: 1670: 1666: 1660: 1656: 1653: 1652: 1646: 1642: 1617: 1611: 1607: 1601: 1597: 1594: 1593: 1581: 1577: 1565: 1561: 1551: 1542: 1538: 1525: 1523: 1520: 1519: 1499: 1498: 1486: 1482: 1460: 1454: 1450: 1444: 1443: 1431: 1427: 1418: 1414: 1407: 1401: 1397: 1390: 1388: 1385: 1384: 1366: 1363: 1362: 1359: 1353: 1331: 1327: 1321: 1310: 1286: 1281: 1278: 1277: 1252: 1247: 1244: 1243: 1223: 1219: 1211: 1208: 1207: 1173: 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