The continuous wavelet transform : a primer

(1)

“ “TThheeCCoonnttiinnuuoouussWWaavveelleettTTrraannssffoorrmm::AAPPrriimmeerr”” L LuuííssAAgguuiiaarr--CCoonnrraarriiaa M MaarriiaaJJooaannaaSSooaarreess NIPE WP 16/ 2011

(2)

“

T

h

e

C

o

n

t

i

n

u

o

u

s

W

a

v

e

l

e

t

T

r

a

n

s

f

o

r

m

:

A

P

r

i

m

e

r

”

L

u

í

s

A

g

u

i

a

r

-

C

o

n

r

a

r

i

a

M

a

r

i

a

J

o

a

n

a

S

o

a

r

e

s

N

I

P

E

**

W

P

1

6

6 /

/

2

0

1

URL: http://www.eeg.uminho.pt/economia/nipe

*_{NIPE – Núcleo de Investigação em Políticas Económicas – is supported by the Portuguese Foundation for} Science and Technology through the Programa Operacional Ciência, Teconologia e Inovação (POCI 2010) of the

(3)

Τηε Χοντινυουσ Ωαϖελετ Τρανσφορµ: Α Πριµερ

ψ Λυσ Αγυιαρ−Χονραριαζ _{Μαρια ϑοανα Σοαρεσ}ξ ϑυλψ 12, 2011 Αβστραχτ Εχονοµιστσ αρε αλρεαδψ φαµιλιαρ ωιτη τηε ∆ισχρετε Ωαϖελετ Τρανσφορµ. Ηοωεϖερ, α βοδψ οφ ωορκ υσινγ τηε Χοντινυουσ Ωαϖελετ Τρανσφορµ ηασ αλσο βεεν γροωινγ. Ωε προϖιδε α σελφ− χονταινεδ συµµαρψ ον χοντινυουσ ωαϖελετ τοολσ, συχη ασ τηε Χοντινυουσ Ωαϖελετ Τρανσφορµ, τηε Χροσσ−Ωαϖελετ, τηε Ωαϖελετ Χοηερενχψ ανδ τηε Πηασε−∆ι⁄ερενχε. Φυρτηερµορε, ωε γενεραλιζε τηε χονχεπτ οφ σιµπλε χοηερενχψ το Παρτιαλ Ωαϖελετ Χοηερενχψ ανδ Μυλτιπλε Ωαϖελετ Χοηερενχψ, ακιν το παρτιαλ ανδ µυλτιπλε χορρελατιονσ, αλλοωινγ τηε ρεσεαρχηερ το µοϖε βεψονδ βιϖαριατε αναλψ− σισ. Φιναλλψ, ωε δεσχριβε τηε Γενεραλιζεδ Μορσε Ωαϖελετσ, α χλασσ οφ αναλψτιχ ωαϖελετσ ρεχεντλψ προποσεδ. Α υσερ−φριενδλψ τοολβοξ, ωιτη εξαµπλεσ, ισ ατταχηεδ το τηισ παπερ. Κεψωορδσ: Χοντινυουσ Ωαϖελετ Τρανσφορµ, Χροσσ−Ωαϖελετ Τρανσφορµ, Ωαϖελετ Χοηερενχψ, Παρτιαλ Ωαϖελετ Χοηερενχψ, Μυλτιπλε Ωαϖελετ Χοηερενχψ, Ωαϖελετ Πηασε−∆ι⁄ερενχε; Εχονοµιχ υχτυατιονσ.

1 Ιντροδυχτιον

Εχονοµιχ αγεντσ σιµυλτανεουσλψ οπερατε ατ δι⁄ερεντ ηοριζονσ. Φορ εξαµπλε, χεντραλ βανκσ ηαϖε δι⁄ερεντ οβϕεχτιϖεσ ιν τηε σηορτ ανδ λονγ ρυν, ανδ οπερατε σιµυλτανεουσλψ ατ δι⁄ερεντ φρεθυενχιεσ (σεε Ραµσεψ ανδ Λαµπαρτ 1998α). Μορε τηαν τηατ, µανψ εχονοµιχ προχεσσεσ αρε τηε ρεσυλτ οφ τηε αχτιονσ οφ σεϖεραλ αγεντσ, ωηο ηαϖε δι⁄ερεντ τερµ οβϕεχτιϖεσ. Τηερεφορε, εχονοµιχ τιµε σεριεσ αρε αν αγγρεγατιον οφ χοµπονεντσ οπερατινγ ον δι⁄ερεντ φρεθυενχιεσ. Σεϖεραλ θυεστιονσ αβουτ τηε δατα αρε χοννεχτεδ το τηε υνδερστανδινγ οφ τηε τιµε σεριεσ βεηαϖιορ ατ δι⁄ερεντ φρεθυενχιεσ. Φουριερ αναλψσισ αλλοωσ υσ το στυδψ τηε χψχλιχαλ νατυρε οφ α τιµε σεριεσ ιν τηε φρεθυενχψ δοµαιν. Ιν σπιτε οφ ιτσ υτιλιτψ, ηοωεϖερ, υνδερ τηε Φουριερ τρανσφορµ, τηε τιµε ινφορµατιον οφ α τιµε σεριεσ ισ λοστ. Βεχαυσε οφ τηισ λοσσ οφ ινφορµατιον, ιτ ισ ηαρδ το διστινγυιση τρανσιεντ ρελατιονσ ορ το ιδεντιφψ ωηεν στρυχτυραλ χηανγεσ δο οχχυρ. Μορεοϖερ, τηεσε τεχηνιθυεσ αρε ονλψ αππροπριατε φορ τιµε σεριεσ ωιτη σταβλε στατιστιχαλ προπερτιεσ, ι.ε. στατιοναρψ τιµε σεριεσ. _{Λυσ Αγυιαρ−Χονραρια αχκνοωλεδγεσ νανχιαλ συππορτ φροµ Φυνδαο παρα α Χινχια ε α Τεχνολογια, προϕεχτ} ∀Οιλ σηοχκσ ανδ τηε Μαχροεχονοµψ: Εχονοµετριχ εστιµατιον, εχονοµιχ µοδελινγ ανδ πολιχψ ιµπλιχατιονσ∀, ΠΤ∆Χ/ΕΧΟ/64750/2006. Ωε τηανκ τηρεε ανονψµουσ ρεφερεεσ φορ ινσιγητφυλ χοµµεντσ ανδ χριτιχισµσ ασ ωελλ ασ τηε εδιτορ φορ ηελπφυλ συγγεστιονσ. ψ_{Τηερε ισ α Ματλαβ τοολβοξ ασσοχιατεδ ωιτη τηισ παπερ,} _{χαλλεδ ΑΣΤοολβοξ,} _{ωηιχη ισ αϖαιλαβλε ατ} ηττπ://σιτεσ.γοογλε.χοµ/σιτε/αγυιαρχονραρια/ϕοανασοαρεσ−ωαϖελετσ. ζ_{ΝΙΠΕ ανδ Εχονοµιχσ ∆επαρτµεντ, Υνιϖερσιτψ οφ Μινηο. Ε−µαιλ: λφαγυιαρ≅εεγ.υµινηο.πτ} ξ_{ΝΙΠΕ ανδ ∆επαρτµεντ οφ Ματηεµατιχσ ανδ Αππλιχατιονσ, Υνιϖερσιτψ οφ Μινηο. Ε−µαιλ: ϕσοαρεσ≅µατη.υµινηο.πτ}

(4)

Ασ αν αλτερνατιϖε, ωαϖελετ αναλψσισ ηασ βεεν προποσεδ. Ωαϖελετ αναλψσισ περφορµσ τηε εστιµατιον οφ τηε σπεχτραλ χηαραχτεριστιχσ οφ α τιµε σεριεσ ασ α φυνχτιον οφ τιµε, ρεϖεαλινγ ηοω τηε δι⁄ερεντ περιοδιχ χοµπονεντσ οφ τηε τιµε σεριεσ χηανγε οϖερ τιµε. Ασ ωε ωιλλ σεε, ονε µαϕορ αδϖανταγε α⁄ορδεδ βψ τηε ωαϖελετ τρανσφορµ ισ τηε αβιλιτψ το περφορµ νατυραλ λοχαλ αναλψσισ οφ α τιµε σεριεσ: τηε ωαϖελετ στρετχηεσ ιντο α λονγ φυνχτιον το µεασυρε τηε λοω φρεθυενχψ µοϖεµεντσ, ανδ ιτ χοµπρεσσεσ ιντο α σηορτ φυνχτιον το µεασυρε τηε ηιγη φρεθυενχψ µοϖεµεντσ. Τηε πιονεερινγ ωορκ οφ Ραµσεψ ανδ Λαµπαρτ (1998α ανδ 1998β) ανδ Ραµσεψ (1999 ανδ 2002) ωασ φολλοωεδ βψ Γεναψ, Σελυκ ανδ Β. Ωιτηχηερ (2001α, 2001β ανδ 2005), Ωονγ, Ιπ, Ξιε ανδ Λυι (2003), Χοννορ ανδ Ροσσιτερ (2005), Φερνανδεζ (2005) ανδ Γαλλεγατι ανδ Γαλλεγατι (2007), αµονγ οτηερσ. Αλλ τηεσε ωορκσ, ηοωεϖερ, ηαϖε ονε χοµµον χηαραχτεριστιχ. Τηεψ αλλ ρελψ ον τηε δισχρετε ωαϖελετ τρανσφορµ (∆ΩΤ).1 Μορε ρεχεντλψ, τοολσ ασσοχιατεδ ωιτη τηε χοντινυουσ ωαϖελετ τρανσφορµ (ΧΩΤ) αρε βεχοµινγ µορε ωιδελψ υσεδ. Ραιηαν, Ωεν ανδ Ζενγ (2005), ϑαγρι∝χ ανδ Οϖιν (2004), Χροωλεψ ανδ Μαψεσ (2008), Αγυιαρ−Χονραρια, Αζεϖεδο ανδ Σοαρεσ (2008), Βαυβεαυ ανδ Χαζελλεσ (2009), Ρυα ανδ Νυνεσ (2009), Ρυα (2010) ανδ Αγυιαρ−Χονραρια ανδ Σοαρεσ (2011α ανδ β); προϖιδε σοµε εξαµπλεσ οφ υσεφυλ εχονοµιχ αππλιχατιονσ οφ τηεσε τοολσ. Ιν ηισ ρεϖιεω, Χροωλεψ (2007) αλσο ινχλυδεσ αν ιντροδυχτιον το τηε χοντινυουσ ωαϖελετ τρανσφορµ.2 Ασ ιτ ωιλλ βεχοµε χλεαρ, τηε χοντινυουσ ωαϖελετ τρανσφορµ µαπσ τηε οριγιναλ τιµε σεριεσ, ωηιχη ισ α φυνχτιον οφ ϕυστ ονε ϖαριαβλε τιµε ιντο α φυνχτιον οφ τωο ϖαριαβλεσ τιµε ανδ φρεθυενχψ, προϖιδινγ ηιγηλψ ρεδυνδαντ ινφορµατιον. Τηισ συγγεστσ τηατ ιτ µιγητ βε ποσσιβλε το χοµπυτε τηε ωαϖελετ τρανσφορµ φορ ϕυστ α ∀χαρεφυλ∀ σελεχτιον οφ ϖαλυεσ οφ τηε φρεθυενχψ ανδ τιµε παραµετερσ ανδ στιλλ νοτ λοοσε ανψ ινφορµατιον (βψ τηισ ωε µεαν τηατ ιτ ισ ποσσιβλε το ρεχοϖερ τηε οριγιναλ τιµε σεριεσ φροµ ιτσ τρανσφορµ). Τηισ ισ βασιχαλλψ τηε ιδεα οφ τηε ∆ΩΤ: ωε ϕυστ χοµπυτε τηε τρανσφορµ φορ α ϖερψ σπεχιαλ δισχρετε χηοιχε οφ τηε παραµετερ ϖαλυεσ φορ τιµε ανδ φρεθυενχψ. Τηισ λεαδσ το α ϖερψ σιµπλε ανδ ε′χιεντ ιτερατιϖε σχηεµε το χοµπυτε τηε τρανσφορµ. Τηε σιµπλιχιτψ, εασε οφ ιµπλεµεντατιον ανδ, µοστ οφ αλλ, ιτσ ϖερψ λοω χοµπυτατιοναλ ε⁄ορτ ϕυστιεσ τηε ποπυλαριτψ οφ τηε ∆ΩΤ. Αλσο, τηε ∆ΩΤ ισ ϖερψ υσεφυλ ωηεν ουρ µαιν χονχερν ισ το χοµπρεσσ ινφορµατιον, ασ ιτ ισ ϖερψ οφτεν τηε χασε ιν σιγναλ ορ ιµαγε προχεσσινγ. Τηε µοστ χοµµον τρανσφορµ αµονγ εχονοµιστσ ισ προβαβλψ τηε σο− χαλλεδ ΜΟ∆ΩΤ (µαξιµυµ οϖερλαπ δισχρετε ωαϖελετ τρανσφορµ). Τηε ΜΟ∆ΩΤ χαν βε σεεν ασ α κινδ οφ χοµπροµισε βετωεεν τηε ∆ΩΤ ανδ τηε ΧΩΤ; ιτ ισ α ρεδυνδαντ τρανσφορµ, βεχαυσε ωηιλε ιτ ισ ε′χιεντ ωιτη τηε φρεθυενχψ παραµετερσ ιτ ισ νοτ σελεχτιϖε ωιτη τηε τιµε παραµετερσ, βυτ νοτ ασ ρεδυνδαντ ασ τηε ΧΩΤ. Τηε ρεδυνδανχψ οφ τηε ΧΩΤ ηασ α πριχε εσσεντιαλλψ, τηε πριχε ισ παιδ ιν χοµπυτατιοναλ τιµε βυτ ιτ ηασ αλσο σοµε αδϖανταγεσ. Ονε οφ τηε αδϖανταγεσ λιεσ ον τηε φαχτ τηατ ιτ γιϖεσ υσ α λαργε φρεεδοµ ιν σελεχτινγ ουρ ωαϖελετσ, ωηιλστ τηισ χηοιχε ισ µορε λιµιτεδ ιν τηε δισχρετε σεττινγ. Βυτ, µοστ οφ αλλ, ιν ουρ οπινιον, τηε ρεδυνδανχψ µακεσ ιτ µυχη εασιερ το ιντερπρετ τηε ρεσυλτσ οβταινεδ ανδ το δραω χονχλυσιονσ φροµ τηε δατα. Τηε πιχτυρεσ οβταινεδ ωιτη τηε ΧΩΤ αρε µυχη εασιερ το ιντερπρετ τηαν τηε ρεσυλτσ οβταινεδ ωιτη τηε ∆ΩΤ. Ηενχε, ιφ ωε αρε νοτ χονχερνεδ ωιτη χοµπρεσσιον, βυτ, ινστεαδ, ουρ µαιν πυρποσε ισ το αναλψζε δατα το δισχοϖερ παττερνσ ορ ηιδδεν ινφορµατιον, τηεν ρεδυνδανχψ µαψ βε ηελπφυλ, ανδ τηε ΧΩΤ χαν βε υσεδ ωιτη αδϖανταγε. Ωιτη τηε 1_{Φορ αν εξχελλεντ ρεϖιεω ον δισχρετε ωαϖελετ αππλιχατιονσ ιν εχονοµιχσ, σεε Χροωλεψ (2007).} 2_{Χροωλεψ (2010) προϖιδεσ αν αχχουντ νοτ ονλψ ον δισχρετε ανδ χοντινυουσ ωαϖελετσ βυτ αλσο ον οτηερ τιµε−φρεθυενχψ} τοολσ, ναµελψ τηε Ηιλβερτ−Ηυανγ Τρανσφορµ ανδ τηε εµπιριχαλ µοδε δεχοµποσιτιον.

(5)

Most Recent Working Paper

NIPE WP

16/2011

A

g

u

i

a

r

-

C

o

n

r

a

r

i

a

,

L

u

í

s

e

M

a

r

i

a

J

o

a

n

a

S

o

a

r

e

s

,

“

T

h

e

C

o

n

t

i

n

u

o

u

s

W

a

v

e

l

e

t

T

r

a

n

s

f

o

r

m

:

A

P

r

i

m

e

r

”

,

2

0

1

1 NIPE WP

15/2011

A

m

a

d

o

,

C

r

i

s

t

i

n

a

e

T

i

m

o

T

e

r

ä

s

v

i

r

t

a

,

“

C

o

n

d

i

t

i

o

n

a

l

C

o

r

e

l

a

t

i

o

n

M

o

d

e

l

s

o

f

A

u

t

o

r

e

g

r

e

s

i

v

e

C

o

n

d

i

t

i

o

n

a

l

H

e

t

e

r

o

s

k

e

d

a

s

t

i

c

i

t

y

w

i

t

h

N

o

n

s

t

a

t

i

o

n

a

r

y

G

A

R

C

H

E

q

u

a

t

i

o

n

s

”

,

2

0

1

1 NIPE WP

14/2011

S

i

c

i

l

i

a

n

i

,

L

u

i

g

i

,

O

d

R

u

n

e

S

t

r

a

u

m

e

R

o

b

e

r

t

o

C

e

l

i

n

i

,

“

Q

u

a

l

i

t

y

c

o

m

p

e

t

i

t

i

o

n

w

i

t

h

m

o

t

i

v

a

t

e

d

p

r

o

v

i

d

e

r

s

a

n

d

s

l

u

g

i

s

h

d

e

m

a

n

d

”

,

2

0

1

1 NIPE WP

13/2011

C

a

s

t

r

o

,

V

í

t

o

r

,

“

T

h

e

P

o

r

t

u

g

u

e

s

e

S

t

o

c

k

M

a

r

k

e

t

C

y

c

l

e

:

C

h

r

o

n

o

l

o

g

y

a

n

d

D

u

r

a

t

i

o

n

D

e

p

e

n

d

e

n

c

e

”

,

2

0

1

1 NIPE WP

12/2011

Mallick, Sushanta K. e Ricardo M. Sousa “The real effects of financial stress in the Euro zone”,

2011

NIPE WP

11/2011

Castro, Vítor, "The Portuguese Business Cycle: Chronology and Duration ", 2011

NIPE WP

10/2011

A

g

u

i

a

r

-

C

o

n

r

a

r

i

a

,

L

u

í

s

,

e

Y

i

W

e

n

,

"OPEC´s Oil Exporting Strategy and Macroeconomic

"

(In)Stability

"

,

2

0

1

1 NIPE WP

09/2011

Afonso, António e Ricardo M. Sousa, “Consumption, Wealth, Stock and Government

Bond Returns: International Evidence”, 2011

NIPE WP

08/2011

Esteves, Rosa Branca e Joana Resende, “Competitive Targeted Advertising with Price

Discrimination”, 2011

NIPE WP

07/2011

Bastos, Paulo, Natália P. Monteiro e Odd Rune Straume “The effect of private versus public

ownership on labour earnings”, 2011

NIPE WP

06/2011

Castro, Vítor e Rodrigo Martins, "Mayors’ Reelection Choice and the Economy: Evidence

from Portugal", 2011

NIPE WP

05/2011

Brekke, Kurt R. Luigi Siciliani e Odd Rune Straume, "Quality competition with profit

constraints: Do non-profit firms provide higher quality than for-profit firms?", 2011

NIPE WP

04/2011

B

a

l

e

i

r

a

s

,

R

u

i

N

u

n

o

“

C

o

l

e

c

t

i

v

e

f

i

c

i

e

n

c

y

s

t

r

a

t

e

g

i

e

s

:

a

p

o

l

i

c

y

i

n

s

t

r

u

m

e

n

t

f

o

r

t

h

e

c

o

m

p

e

t

i

t

i

v

e

n

e

s

o

f

l

o

w

-

d

e

n

s

i

t

y

t

e

r

i

t

o

r

i

e

s

”

,

2

0

1

1 NIPE WP

03/2011

M

a

c

h

a

d

o

,

C

.

S

o

f

i

a

,

M

i

g

u

e

l

P

o

r

t

e

l

a

“

A

g

e

a

n

d

o

p

o

r

t

u

n

i

t

i

e

s

f

o

r

p

r

o

m

o

t

i

o

n

”

,

2

0

1

1 NIPE WP

02/2011

M

a

c

h

a

d

o

,

C

.

S

o

f

i

a

,

M

i

g

u

e

l

P

o

r

t

e

l

a

“

H

o

u

r

s

o

f

w

o

r

k

a

n

d

r

e

t

i

r

e

m

e

n

t

b

e

h

a

v

i

o

r

”

,

2

0

1

1 NIPE WP

01/2011

A

m

a

d

o

,

C

r

i

s

t

i

n

a

,

T

i

m

o

T

e

r

ä

s

v

i

r

t

a

"

M

o

d

e

l

i

n

g

V

o

l

a

t

i

l

i

t

y

b

y

V

a

r

i

a

n

c

e

D

e

c

o

m

p

o

s

i

t

i

o

n

"

,

2

0

1

1 NIPE WP

37/2010

A

g

u

i

a

r

-

C

o

n

r

a

r

i

a

,

L

u

í

s

,

F

e

r

n

a

n

d

o

A

l

e

x

a

n

d

r

e

M

a

n

u

e

l

C

o

r

e

i

a

d

e

P

i

n

h

o

,

"

O

e

u

r

o

e

o

c

r

e

s

c

i

m

e

n

t

o

d

a

e

c

o

n

o

m

i

a

p

o

r

t

u

g

u

e

s

a

:

u

m

a

n

á

l

i

s

e

c

o

n

t

r

a

f

a

c

t

u

a

l

"

,

2

0

1

0

0 NIPE WP

36/2010

A

g

u

i

a

r

-

C

o

n

r

a

r

i

a

,

L

u

í

s

,

e

M

a

r

i

a

J

o

a

n

a

S

o

a

r

e

s

,

"

B

u

s

i

n

e

s

C

y

c

l

e

S

y

n

c

h

r

o

n

i

z

a

t

i

o

n

a

n

d

t

h

e

E

u

r

o

:

a

W

a

v

e

l

e

t

A

n

a

l

y

s

i

s

"

,

2

0

1

0

0 NIPE WP

35/2010

L

o

m

e

r

u

d

,

K

j

e

l

E

r

i

k

,

F

r

o

d

e

M

e

l

a

n

d

e

O

d

R

u

n

e

S

t

r

a

u

m

e

“

N

o

r

t

h

-

S

o

u

t

h

t

e

c

h

n

o

l

o

g

y

t

r

a

n

s

f

e

r

i

n

u

n

i

o

n

i

s

e

d

m

u

l

t

i

n

a

t

i

o

n

a

l

s

”

,

2

0

1

0

0 NIPE WP

34/2010

K

i

z

i

l

c

a

,

K

e

m

a

l

,

J

o

ã

o

C

e

r

e

j

e

i

r

a

,

M

i

g

u

e

l

P

o

r

t

e

l

a

e

C

a

r

l

a

S

á

,

"

M

i

n

i

m

u

m

w

a

g

e

,

f

r

i

n

g

e

b

e

n

e

f

i

t

s

,

o

v

e

r

t

i

m

e

p

a

y

m

e

n

t

s

a

n

d

t

h

e

g

e

n

d

e

r

w

a

g

e

g

a

p

"

,

2

0

1

0

0 NIPE WP

33/2010

M

a

r

t

i

n

s

,

R

o

d

r

i

g

o

,

e

Francisco José Veiga

,

“

E

c

o

n

o

m

i

c

V

o

t

i

n

g

i

n

P

o

r

t

u

g

u

e

s

e

M

u

n

i

c

i

p

a

l

E

l

e

c

t

i

o

n

s

”

,

2

0

1

0

0 NIPE WP

32/2010

G

a

b

r

i

e

l

,

V

a

s

c

o

J

.

e

P

a

t

a

r

e

S

a

n

g

d

u

a

n

,

“

A

n

E

f

i

c

i

e

n

t

T

e

s

t

o

f

F

i

s

c

a

l

S

u

s

t

a

i

n

a

b

i

l

i

t

y

”

,

2

0

1

0

0 NIPE WP

31/2010

B

a

t

i

n

i

,

N

i

c

o

l

e

t

a

,

V

a

s

c

o

J

.

G

a

b

r

i

e

l

,

P

a

u

l

L

e

v

i

n

e

J

o

s

e

p

h

P

e

a

r

l

m

a

n

,

“

A

F

l

o

a

t

i

n

g

v

e

r

s

u

s

M

a

n

a

g

e

d

E

x

c

h

a

n

g

e

R

a

t

e

R

e

g

i

m

e

i

n

a

D

S

G

E

M

o

d

e

l

o

f

I

n

d

i

a

”

,

2

0

1

0

0 NIPE WP

30/2010

G

a

b

r

i

e

l

,

V

a

s

c

o

J

.

e

L

u

i

s

F

.

M

a

r

t

i

n

s

,

“

T

h

e

c

o

s

t

c

h

a

n

e

l

r

e

c

o

n

s

i

d

e

r

e

d

:

a

c

o

m

e

n

t

u

s

i

n

g

a

n

i

d

e

n

t

i

f

i

c

a

t

i

o

n

-

r

o

b

u

s

t

a

p

r

o

a

c

h

”

,

2

0

1

0

0 NIPE WP

29/2010

G

a

b

r

i

e

l

,

V

a

s

c

o

J

.

,

P

a

u

l

L

e

v

i

n

e

,

J

o

s

e

p

h

P

e

a

r

l

m

a

n

e

B

o

Y

a

n

g

,

“

A

n

E

s

t

i

m

a

t

e

d

D

S

G

E

M

o

d

e

l

o

f

t

h

e

I

n

d

i

a

n

E

c

o

n

o

m

y

”

,

2

0

1

0

0 NIPE WP

G

a

b

r

i

e

l

,

V

a

s

c

o

J

.

e

L

u

i

s

F

.

M

a

r

t

i

n

s

,

“

C

o

i

n

t

e

g

r

a

t

i

o

n

T

e

s

t

s

U

n

d

e

r

M

u

l

t

i

p

l

e

R

e

g

i

m

e

S

h

i

f

t

s

:

A

n

(6)

αδϖανχε οφ χοµπυτερ φαχιλιτιεσ ανδ τηε αϖαιλαβιλιτψ οφ υσερ−φριενδλψ τοολβοξεσ το χοµπυτε τηε ΧΩΤ, τηισ τρανσφορµ ωιλλ χερταινλψ βεχοµε µορε ανδ µορε ποπυλαρ αµονγ τηε εχονοµιστσ. Υνφορτυνατελψ, ωε δο νοτ νδ α γοοδ σινγλε ρεφερενχε φορ σοµεονε ωαντινγ το υσε (χοντινυουσ) ωαϖελετ τοολσ, συχη ασ: τηε χοντινυουσ ωαϖελετ τρανσφορµ, τηε χροσσ−ωαϖελετ τρανσφορµ, τηε ωαϖελετ χοηερενχψ ανδ τηε ωαϖελετ πηασε−δι⁄ερενχε. Νοτ ονλψ τηε τηεορετιχ φουνδατιονσ αρε σχαττερεδ αµονγ σεϖεραλ παπερσ ανδ βοοκσ, βυτ αλσο µοστ χοδεσ φρεελψ αϖαιλαβλε ιµπλψ ριγιδ ασσυµπτιονσ, ωηιχη δο νοτ γιϖε µυχη φρεεδοµ οφ χηοιχε το τηε ρεσεαρχηερ. Φορ εξαµπλε, αλλ τηε ωορκσ χιτεδ ιν τηε πρεϖιουσ παραγραπη µακε υσε οφ τηε Μορλετ ωαϖελετ ανδ µοστ οφ τηε χοδεσ δο νοτ προϖιδε µανψ αλτερνατιϖεσ το τηε υσε οφ τηισ παρτιχυλαρ ωαϖελετ. Αλλ τηισ ηελπσ το εξπλαιν ωηψ χοντινυουσ ωαϖελετσ αρε νοτ ασ ποπυλαρ ιν Εχονοµιχσ ασ τηε δισχρετε ωαϖελετ τρανσφορµ. Ανοτηερ ποσσιβλε εξπλανατιον ισ τηατ τηε τεχηνιθυεσ ασσοχιατεδ ωιτη ∆ΩΤ (ανδ ΜΟ∆ΩΤ, φορ τηατ µαττερ) ρεσεµβλε µορε τηε τραδιτιοναλ τιµε σεριεσ τοολσ. Ε.γ. Γαλλεγατι ανδ Γαλλεγατι (2007) υσε ΜΟ∆ΩΤ το δεχοµποσε τηε Ινδυστριαλ Προδυχτιον οφ τηε Γ−7 χουντριεσ σινχε 1961 ιν σεϖεραλ σχαλεσ (φρεθυενχιεσ). Τηεν, το αναλψζε τηε εϖολυτιον οφ τηε ϖολατιλιτψ οφ ρεαλ εχονοµιχ αχτιϖιτψ, τηεψ εστιµατε τηε ωαϖελετ ϖαριανχε ατ εαχη σχαλε, φορ εαχη δεχαδε σεπαρατελψ. Τηισ αλλοωσ τηε ρεσεαρχηερ το υσε ωαϖελετσ ανδ, ατ τηε σαµε τιµε, ηαϖε α φοοτ ον τηε τραδιτιοναλ τιµε σεριεσ µετηοδσ. Ασ Ψογο (2008) ηασ σηοων, µυλτιρεσολυτιον ωαϖελετ αναλψσισ, ωηιχη χαν ϖερψ εασιλψ βε περφορµεδ ωιτη ∆ΩΤ, αλλοωσ τηε δεχοµποσιτιον οφ α τιµε σεριεσ ιντο τρενδ, χψχλε, ανδ νοισε. Τηε χψχλιχαλ χοµπονεντ οφ τηε ωαϖελετ−λτερεδ σεριεσ χλοσελψ ρεσεµβλεσ τηε σεριεσ λτερεδ βψ τηε Βαξτερ ανδ Κινγ (1999) βανδπασσ λτερ. Μορε ιµπορταντλψ, ωηεν α ρεσεαρχηερ υσεσ τηε ∆ΩΤ ηε/σηε µαψ ηαϖε τηε φεελινγ τηατ µυλτιϖαριατε τοολσ αρε βεινγ υσεδ. Φορ εξαµπλε, Ραµσεψ ανδ Λαµπαρτ (1998α ανδ 1998β) υσε ∆ΩΤ το ινδιϖιδυαλλψ αναλψζε σεϖεραλ τιµε σεριεσ (ονε εαχη τιµε), ωηοσε δεχοµποσιτιονσ αρε τηεν στυδιεδ υσινγ τραδιτιοναλ τιµε−δοµαιν µετηοδσ, συχη ασ Γρανγερ χαυσαλιτψ τεστσ. Ηοωεϖερ, ιν ρεαλιτψ, ωαϖελετσ ωερε νοτ υσεδ το δο µυλτιϖαριατε αναλψσισ. Ωηιτχηερ, Γυττορπ, Περχιϖαλ (2000), Γαλλεγατι (2008) υσινγ τηε ΜΟ∆ΩΤ ανδ Χροωλεψ, Μαψεσ ανδ Μαραυν (2006), Χροωλεψ ανδ Μαψεσ (2008) ανδ Αγυιαρ−Χονραρια ετ αλ. (2008 ανδ 2011α ανδ β) υσινγ ΧΩΤ ηαϖε αππλιεδ χροσσ−ωαϖελετ αναλψσισ το υνχοϖερ τιµεφρεθυενχψ ιντεραχτιονσ βετωεεν τωο εχονοµιχ τιµε σεριεσ. Στιλλ, µοστ συρελψ, ωαϖελετσ ωιλλ νοτ βεχοµε ϖερψ ποπυλαρ ιν εχονοµιχσ υντιλ α χονχεπτ αναλογουσ το τηε σπεχτραλ παρτιαλ−χοηερενχε ισ δεϖελοπεδ. Τηισ ισ ονε οφ τηε χοντριβυτιονσ οφ τηισ παπερ: το δεϖελοπ τηε χονχεπτσ οφ ωαϖελετ µυλτιπλε χοηερενχψ ανδ ωαϖελετ παρτιαλ χοηερενχψ. Ωε σηουλδ νοτε τηατ Χροωλεψ, Μαψεσ ανδ Μαραυν (2006α ανδ β) ανδ Χροωλεψ (2007) ηαϖε αλσο σοµε ωορκ ον τηισ διρεχτιον. Ιν τηειρ χασε τηεψ υσε µυλτιϖαριατε σπεχτραλ αναλψσισ υσινγ Ηιλβερτ ωαϖελετ παιρσ, οριγιναλλψ προποσεδ βψ Χραιγµιλε ανδ Ωηιτχηερ (2004). Τηισ παπερ ηασ ϖε µαιν πυρποσεσ: (1) το γιϖε α σελφ−χονταινεδ συµµαρψ ον τηε µοστ ρελεϖαντ τηεορετιχαλ ρεσυλτσ ον χοντινυουσ ωαϖελετ αναλψσισ, (2) το ιντροδυχε τηε χονχεπτσ οφ ωαϖελετ µυλτιπλε χοηερενχψ ανδ ωαϖελετ παρτιαλ χοηερενχψ, (3) το ιντροδυχε τηε εχονοµιστ το α νεω φαµιλψ οφ ωαϖελετσ τηατ ηαϖε σοµε δεσιραβλε χηαραχτεριστιχσ ανδ τηατ σοµε αυτηορσ βελιεϖε το ηαϖε τηε ποτεντιαλ το βεχοµε ασ ποπυλαρ ασ τηε Μορλετ ωαϖελετ, (4) το δεσχριβε ηοω τηε τρανσφορµσ χαν βε ιµπλεµεντεδ ιν πραχτιχε, ανδ (5) το προϖιδε α υσερ−φριενδλψ Ματλαβ τοολβοξ ιµπλεµεντινγ τηε ρεφερρεδ ωαϖελετ τοολσ, ωηιχη τηε ρεσεαρχηερ χαν φρεελψ υσε ανδ αδαπτ το ηισ/ηερ οων ρεσεαρχη. Τηισ παπερ προχεεδσ ασ φολλοωσ. Ιν Σεχτιον 2, ωε δεσχριβε τηε χοντινυουσ ωαϖελετ τρανσφορµ. Ωε αλσο δεσχριβε σοµε οφ τηε χηαραχτεριστιχσ οφ τηε Μορλετ ωαϖελετ, ρεσπονσιβλε φορ ιτσ ποπυλαριτψ ανδ α

(7)

νεω χλασσ οφ αναλψτιχ ωαϖελετσ, τηε γενεραλιζεδ Μορσε ωαϖελετσ (ΓΜΩσ), τηατ χαν ποτεντιαλλψ βεχοµε ασ υσεφυλ ασ τηε Μορλετ ωαϖελετ.3 Ιν Σεχτιον 3, ωε ιντροδυχε τηε χροσσ−ωαϖελετ τοολσ, ωηιχη ινχλυδε τηε χροσσ−ωαϖελετ ποωερ, ωαϖελετ χοηερενχψ ανδ πηασε−δι⁄ερενχε. Σεχτιον 4 εξτενδσ τηε χονχεπτσ οφ Σεχτιον 3 το α µυλτιϖαριατε σεττινγ. Ιν εαχη σεχτιον, ωε χονστρυχτ αν εξαµπλε το µοτιϖατε ανδ ιλλυστρατε ηοω το αππλψ ανδ ιντερπρετ τηε δεσχριβεδ ωαϖελετ τοολσ. Σεχτιον 5 συµµαριζεσ σοµε οφ τηε ρεσυλτσ αλρεαδψ οβταινεδ ιν τερµσ οφ σιγνιχανχε τεστινγ. Ιν σεχτιον 6, ωε προϖιδε τηρεε αππλιχατιονσ ωιτη ρεαλ δατα. Ιν ονε οφ τηεµ, ωε σηοω εϖιδενχε τηατ χορροβορατεσ τηε αργυµεντσ οφ Βλανχηαρδ ανδ Σιµον (2001) αβουτ τηε Γρεατ Μοδερατιον, ωηο ηαϖε αργυεδ τηατ τηε Γρεατ Μοδερατιον σταρτεδ ωελλ βεφορε 1983. Ιν τηε σεχονδ αππλιχατιον, ωιτη τηε ηελπ οφ χροσσ ωαϖελετ αναλψσισ, ωε στυδψ σψνχηρονισµ ιν ιντερνατιοναλ στοχκ µαρκετ ρετυρνσ. Φιναλλψ, ωε ωιλλ ιλλυστρατε τηε υσεφυλνεσσ οφ ηιγηερ ορδερ ωαϖελετ τοολσ, συχη ασ τηε παρτιαλ ωαϖελετ χοηερενχιεσ ανδ τηε παρτιαλ πηασε−δι⁄ερενχε, το στυδψ τηε λινκαγεσ βετωεεν οιλ πριχεσ ανδ τηε στοχκ µαρκετσ αφτερ χοντρολλινγ φορ σοµε οτηερ µαχροεχονοµιχ ϖαριαβλεσ. Σεχτιον 7 χονχλυδεσ. Ιν αππενδιξ Α, ωε δεσχριβε ηοω το αδαπτ τηε τηεορψ ιν ορδερ το ιµπλεµεντ ιτ χοµπυτατιοναλλψ ανδ ωε ινχλυδε σοµε προοφσ οµιττεδ ιν τηε µαιν τεξτ. Ιν αππενδιξ Β, ωε γιϖε α βριεφ δεσχριπτιον οφ σοµε σοφτωαρε παχκαγεσ ανδ ωε δεσχριβε ουρ τοολβοξ, τηε ΑΣΤοολβοξ, ασ ωελλ ασ σοµε οφ ουρ χοµπυτατιοναλ χηοιχεσ.

2 Ωαϖελετ Αναλψσισ

2.1 Εξαµπλε 1: Μοτιϖατιον Ωε σταρτ ωιτη αν εξαµπλε τηατ αππλιεσ τηε τοολσ τηατ ωιλλ βε εξπλαινεδ λατερ ον. Ωε ρεαλιζε τηατ τηισ ισ αν υνορτηοδοξ ωαψ το σταρτ α παπερ, βυτ ωε ηοπε τηατ τηισ ωιλλ ηελπ το µοτιϖατε τηε ρεαδερ το ινϖεστ σοµε τιµε ιν τηε ρεστ οφ τηε παπερ. Τηε µοστ χοµµον αργυµεντ το ϕυστιφψ τηε υσε οφ ωαϖελετ αναλψσισ οϖερ σπεχτραλ αναλψσισ ισ τηε ποσσιβιλιτψ οφ τραχινγ τρανσιτιοναλ χηανγεσ αχροσσ τιµε. Ιτ ισ ασ ιφ ωε αρε εστιµατινγ τηε ποωερ σπεχτρυµ ασ α φυνχτιον οφ τιµε. Το ιλλυστρατε τηισ, χονσιδερ τηε φολλοωινγ ηιγηλψ στψλιζεδ εξπεριµεντ ωιτη σιµυλατεδ δατα. Ωε γενερατε 50 ψεαρσ οφ µοντηλψ δατα αχχορδινγ το τηε φολλοωινγ δατα γενερατινγ προχεσσ: ψτ= χοσ 2 π1 τ + χοσ 2 π2 τ ; +∀τ τ = 1 12; 2 12; : : : ; 50; (1) ωηερε π1= 10 ανδ π2= 5, ιφ 20 τ 30, ανδ π2 = 3, οτηερωισε. Φορµυλα (1) τελλσ υσ τηατ τηε τιµε σεριεσ ψτ ισ τηε συµ οφ τωο περιοδιχ χοµπονεντσ.4 Τηε ρστ περιοδιχ χοµπονεντ ρεπρεσεντσ α 10 ψεαρ χψχλε, ωηιλε τηε σεχονδ περιοδιχ χοµπονεντ σηοωσ σοµε τρανσιεντ δψναµιχσ. Ιν τηε βεγιννινγ, ιτ ρεπρεσεντσ α 3 ψεαρ χψχλε τηατ, τεµποραριλψ, χηανγεσ το α 5 ψεαρ χψχλε βετωεεν τηε σεχονδ ανδ τηε τηιρδ δεχαδεσ. Τηισ χηανγε ιν τηε δψναµιχσ ισ νεαρλψ ιµποσσιβλε το σποτ ιν Φιγυρε 1 (α). Φυρτηερµορε, ιφ ωε υσε τηε τραδιτιοναλ σπεχτραλ αναλψσισ, τηε ινφορµατιον ον τηε τρανσιεντ δψναµιχσ ισ χοµπλετελψ λοστ, 3_{Ωε αργυε τηατ ωηιλε τηε Μορλετ ωαϖελετσ ρεπρεσεντ τηε βεστ χοµπροµισε βετωεεν φρεθυενχψ ανδ τιµε λοχαλιζατιον,} ΓΜΩσ αλλοω φορ µορε εξιβιλιτψ, ωηιχη χαν βε υσεφυλ ιφ τηε ρεσεαρχηερ ισ σπεχιχαλλψ ιντερεστεδ ιν ηαϖινγ α βεττερ φρεθυενχψ ορ τιµε λοχαλιζατιον. 4_{Αλτηουγη ηιγηλψ στψλιζεδ, τηισ φορµυλατιον ισ νοτ ασ ρεστριχτιϖε ασ ιτ µαψ σεεµ. Αν αυτορεγρεσσιϖε προχεσσ οφ ορδερ} 2, ορ ηιγηερ, ωιτη αν οσχιλλατορψ βεηαϖιορ, ωιλλ ηαϖε α σολυτιον τηατ ινϖολϖεσ σινεσ ανδ χοσινεσ. Ωε, τηερεφορε, χουλδ ηαϖε γενερατεδ σιµιλαρ τιµε σεριεσ υσινγ τηε µορε χοµµον αυτο ρεγρεσσιϖε προχεσσ. Ωε χηοσε το εξπλιχιτλψ ηαϖε α χοσινε βεχαυσε τηε περιοδ οφ τηε οσχιλλατιον ισ οβσερϖεδ διρεχτλψ.

(8)

Φιγυρε 1: (α) ψτ= χοσ(2_π1τ) + χοσ( 2 π2τ) + ∀τ. (β) Ωαϖελετ ποωερ σπεχτρυµ οφ ψτ.Τηε χονε οφ ινυενχε, ωηιχη ινδιχατεσ τηε ρεγιον α⁄εχτεδ βψ εδγε ε⁄εχτσ, ισ σηοων ωιτη α τηιχκ βλαχκ λινε. Τηε χολορ χοδε φορ ποωερ ρανγεσ φροµ βλυε (λοω ποωερ) το ρεδ (ηιγη ποωερ). Τηε ωηιτε λινεσ σηοω τηε µαξιµα οφ τηε υνδυλατιονσ οφ τηε ωαϖελετ ποωερ σπεχτρυµ. (χ) Γλοβαλ ωαϖελετ ποωερ σπεχτρυµ − αϖεραγε ωαϖελετ ποωερ φορ εαχη φρεθυενχψ. (δ) Φουριερ ποωερ σπεχτραλ δενσιτψ. ασ ωε χαν σεε ιν Φιγυρε 1 (δ). Τηε ποωερ σπεχτραλ δενσιτψ εστιµατε ισ αβλε το χαπτυρε βοτη τηε 3−ψεαρ ανδ τηε 10−ψεαρ χψχλεσ5βυτ ιτ χοµπλετελψ φαιλσ το χαπτυρε τηε 5−ψεαρ χψχλε τηατ οχχυρρεδ ιν τηε 20σ. Χοµπαρινγ ωιτη Φιγυρε 1 (χ), ωε οβσερϖε τηατ σπεχτραλ αναλψσισ γιϖεσ υσ εσσεντιαλλψ τηε σαµε ινφορµατιον ασ τηε γλοβαλ ωαϖελετ ποωερ σπεχτρυµ, ωηιχη ισ αν αϖεραγε, αχροσσ τιµε, οφ τηε ωαϖελετ ποωερ σπεχτρυµ.6 Ον τηε οτηερ ηανδ, Φιγυρε 1 (β) σηοωσ τηε ωαϖελετ ποωερ σπεχτρυµ ιτσελφ. Ον τηε ηοριζονταλ αξισ, ωε ηαϖε τηε τιµε διµενσιον. Τηε ϖερτιχαλ αξισ γιϖεσ υσ τηε περιοδσ. Τηε ποωερ ισ γιϖεν βψ τηε χολορ. Τηε χολορ χοδε φορ ποωερ ρανγεσ φροµ βλυε (λοω ποωερ) το ρεδ (ηιγη ποωερ). Ρεγιονσ ωιτη ωαρµ χολορσ ρεπρεσεντ αρεασ οφ ηιγη ποωερ. Τηε ωηιτε λινεσ σηοω τηε µαξιµα οφ τηε υνδυλατιονσ οφ τηε ωαϖελετ ποωερ σπεχτρυµ, τηερεφορε γιϖινγ υσ αν εστιµατε οφ τηε χψχλε περιοδ. Ωε οβσερϖε α ωηιτε λινε ον περιοδ 10 αχροσσ αλλ τιµεσ, µεανινγ τηατ τηερε ισ α περµανεντ χψχλε οφ τηισ περιοδ. 5_{Ωε χονϖερτεδ φρεθυενχιεσ ιντο περιοδ χψχλεσ.} 6_{Ιν αλλ ουρ εξαµπλεσ ανδ απλιχατιονσ, ωε υσε τηε Μορλετ Ωαϖελετ ωιτη !} 0= 6: Σεε συβσεχτιον 2.9.