grangercausalitytestsの使い方：時系列データの因果分析を実践

Posted at 2025-04-01

user:

次のようなPythonコードを書いてGranger因果性について計算してみました。

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from statsmodels.tsa.stattools import grangercausalitytests

def sum_of_sigmoids(A, x):
    """
    A: M×3の行列 (numpy.ndarray)
       - A[:, 0] -> B (スケール)
       - A[:, 1] -> C (傾き)
       - A[:, 2] -> -D/C (変曲点のx座標)
    x: 計算する点 (float または numpy.ndarray)

    返り値:
        M個のシグモイド関数の和
    """
    A = np.asarray(A)  # 念のため ndarray に変換
    if A.shape[1] != 3:
        raise ValueError("A は M×3 の行列でなければなりません。")

    B = A[:, 0]
    C = A[:, 1]
    x_inflection = A[:, 2]  # 変曲点のx座標 (-D/C)
    D = -C * x_inflection  # Dを計算

    # M個のシグモイド関数を計算し、それらの合計を返す
    return np.sum(B[:, None] / (1 + np.exp(-(C[:, None] * x + D[:, None]))), axis=0)


def sum_of_sin(A, x):
    """
    A: M×3の行列 (numpy.ndarray)
       - A[:, 0] -> 振幅 (Amplitude)
       - A[:, 1] -> 周期 (Period)
       - A[:, 2] -> 位相 (Phase)
    x: 計算する点 (float または numpy.ndarray)

    返り値:
        M個のsin関数の和
    """
    A = np.asarray(A)  # 念のため ndarray に変換
    if A.shape[1] != 3:
        raise ValueError("A は M×3 の行列でなければなりません。")

    amplitudes = A[:, 0]
    periods = A[:, 1]
    phases = A[:, 2]

    # M個の sin 関数を計算し、それらの合計を返す
    return np.sum(amplitudes[:, None] * np.sin(2 * np.pi * x / periods[:, None] + phases[:, None]), axis=0)


def generate_timeline(A, B, x):
    return sum_of_sigmoids(A, x) + sum_of_sin(B, x)


def granger_causality_tests(
        y1: np.ndarray,
        y2: np.ndarray,
        maxlag: int = 50, # 最大ラグ数
        verbose: bool = False
):
    max_lag = 50  # 最大ラグ数
    df = pd.DataFrame({'y1': y1, 'y2': y2})
    test_result = grangercausalitytests(df, maxlag=max_lag, verbose=verbose)
    lags = []
    f_vals = []
    p_vals = []
    for lag, result in test_result.items():
        lags.append(lag)
        f_val = result[0]['ssr_ftest'][0]
        p_val = result[0]['ssr_ftest'][1]
        f_vals.append(f_val)  # F値
        p_vals.append(p_val)  # p値
        print(lag, f_val, p_val)

    plt.plot(x, y1, alpha=0.8, label="Y1")
    plt.plot(x, y2, alpha=0.8, label="Y2")
    plt.xlabel("x")
    plt.ylabel("y")
    plt.title("Two Timelines")
    plt.grid()
    plt.legend()
    plt.show()

    plt.subplot(2, 1, 1)
    plt.plot(lags, f_vals, marker='o', label='F-value')
    plt.grid()
    plt.ylabel("F-value")
    plt.title("Granger Causality Test Results")
    plt.subplot(2, 1, 2)
    plt.plot(lags, p_vals, marker='o', label='P-value')
    plt.grid()
    plt.xlabel("Lag")
    plt.ylabel("P-value")
    plt.show()


# 使用例
A1 = np.array([[1, 0.1, 100],
              [0.5, -1, 200],
              [2, 0.2, 300]])

A2 = np.array([[1, 0.1, 110],
              [0.5, -1, 210],
              [2, 0.2, 310]])

B1 = np.array([[0.1, 7, 0],
              [0.1, 31, np.pi/4],
              [0.1, 365, np.pi/2]])

B2 = np.array([[0.1, 7, 0],
              [0.1, 31, 0],
              [0.1, 365, 0]])

x = np.linspace(0, 365, 365)
y1 = generate_timeline(A1, B1, x)
y2 = generate_timeline(A2, B2, x)

granger_causality_tests(y1, y2)

結果は次のようになりました。

1 38.44697981530876 1.5391094245685197e-09
2 5.592278039019921 0.004059483462059877
3 398.84756378820333 2.6722886461220123e-113
4 54.163185602153014 1.48344383866452e-35
5 13.333776511693902 6.642719947289544e-12
6 15.497812652254495 9.313517551898864e-16
7 9.548381131357365 7.559033829974293e-11
8 6.958941395264135 1.679180156236443e-08
9 7.077812231148369 2.144019022549727e-09
10 6.382784830766856 5.370026016151151e-09
11 5.511354913582971 4.2661047243140324e-08
12 5.059154073552688 9.588501422704167e-08
13 5.2740665735020835 1.3727219566955446e-08
14 5.403097884632671 2.7137813123457837e-09
15 5.572645610992236 4.2014095551409205e-10
16 4.3492736583801666 9.885593205205781e-08
17 31.862068066952723 4.4938458869319445e-58
18 33.279944910411174 1.4441034900670723e-61
19 108.3248677134061 9.897032462043333e-124
20 101.56238755992148 6.743150357970799e-122
21 104.71836832933842 2.3251840279754024e-125
22 182.09283705226704 1.3758286668712284e-159
23 274.55858387275873 1.3373115877320826e-185
24 18.132789520332505 7.566754027902419e-45
25 141.9590094387933 3.169206811618835e-148
26 249.90144443736145 6.1407660977992795e-183
27 133.3679745770063 2.8086776834172267e-146
28 51.69058760025635 2.4481621470382643e-95
29 50.86544213170122 1.9984605281191928e-95
30 19.518742571903875 1.5605231633986423e-52
31 111.1979337139096 1.1278064133736322e-138
32 -1.7045232801487544 1.0
33 28.089148179930046 7.456256046467097e-70
34 22.883049025956538 1.4373343896788976e-61
35 -3.573103518738239 1.0
36 -5.2151623971467 1.0
37 27.004471124597583 3.1392516926210486e-70
38 -3.0843468578810165 1.0
39 10.341444773528142 1.9863564180460807e-34
40 -0.012518051202908926 1.0
41 70.52288916932712 1.4896751149435519e-117
42 166.32059601216616 2.099491770815871e-162
43 11.355756367060634 1.0654540250260199e-38
44 141.98175538811307 2.616017687604292e-153
45 1.4280956857412612 0.04755464994058862
46 32.46702751456472 4.284335269558807e-81
47 55.06852602613572 2.1383897233908746e-105
48 9.268807563961982 2.0378981579525546e-33
49 86.55070437164159 4.390860480221961e-127
50 -0.39837558090166597 1.0

assistant:

結果をざっと見ると、多くのラグ（1〜31や42, 44, 46, 47, 49 など）で非常に小さいp値が得られており、Granger因果性が強く示唆されています。ただし、いくつかのラグ（32, 35, 36, 38, 40, 50 など）ではF値が負で、p値が1.0になっており、これはGranger因果性がまったく見られないことを意味しています。

いくつかのポイント:

強いGranger因果性の示唆:
- p値が極めて小さい（例えば 1e-100 以下）ラグでは、統計的に非常に有意なGranger因果性があると考えられます。
- 特にラグ19〜30, 42, 44, 46, 47, 49などではF値も高く、有意な因果関係が見られそうです。
負のF値が出ているラグの確認:
- F値が負になるのは通常ありえないため、statsmodels.tsa.stattools.grangercausalitytests()の計算結果に異常がないかチェックした方が良いです。
- もしかすると、データのスケールやラグを増やした影響で共分散行列が特異になっている可能性があります。
ラグによって因果性が異なる可能性:
- 低ラグ（1〜10）では比較的安定して因果性が見られる。
- ラグが30を超えたあたりから一部でF値が負になるなどの異常が見られる。

次のステップ:

負のF値の原因を探る:
- verbose=True にして詳細な出力を確認。
- statsmodels のソースコードを確認して、なぜ負の値が出るかチェック。
データの正規化を試す:
- y1 と y2 を標準化（(y - mean) / std）することで、数値的な問題が解決する可能性がある。
ラグ数を変更して再試行:
- maxlag=30 や maxlag=40 など異なる設定でテストし、負のF値が出ないか確認。

このあたりを試してみると、より明確な結論が得られるかもしれません。

user:

ありがとうございます。次のようなワーニングが大量に出てるので、それと関係あるかもしれませんね。

/usr/local/lib/python3.11/dist-packages/statsmodels/base/model.py:1894: ValueWarning: covariance of constraints does not have full rank. The number of constraints is 17, but rank is 16
  warnings.warn('covariance of constraints does not have full '

assistant:

このワーニングは、制約条件（constraints）の共分散行列がフルランクではない ことを示しています。具体的には、制約の数（17）に対して、共分散行列のランクが16しかないため、線形従属な制約が存在している可能性があります。

このワーニングと負のF値の関連性

Granger因果性テストでは、回帰モデルを構築し、ラグ変数を使ってF検定を行います。
共分散行列がフルランクでないと、モデルの推定に問題が生じ、次のような影響が出る可能性があります：

F値の異常な計算（負の値が出る）
不安定なp値（極端に小さい or 1.0）
分散の過小評価（回帰モデルの過剰適合）

解決策

1. 多重共線性の確認

ラグ変数が多すぎると、データ数に対して説明変数が過剰になり、多重共線性の問題が発生します。その結果、共分散行列がフルランクでなくなることがあります。

maxlag=50 は多すぎる可能性があるので、まずは maxlag=20 や maxlag=30 に減らして試してみてください。

2. データの正規化

スケールの異なる変数があると、回帰計算で問題が生じることがあります。

y1 と y2 を 標準化（(y - mean) / std）してからGranger因果性テストを行うと改善する可能性があります。

y1 = (y1 - np.mean(y1)) / np.std(y1)
y2 = (y2 - np.mean(y2)) / np.std(y2)

3. 特異なラグを除外

特定のラグでF値が負になることがあるので、該当するラグ（32, 35, 36, 38, 40, 50）をスキップして実行すると問題が回避できるかもしれません。

valid_lags = [lag for lag in range(1, 51) if lag not in {32, 35, 36, 38, 40, 50}]
for lag in valid_lags:
    grangercausalitytests(df, maxlag=lag, verbose=verbose)

試してみるべきステップ

maxlag=20 などに減らして再実行
y1 と y2 を標準化してから再実行
特異なラグを除外して再実行
それでも改善しない場合、verbose=True で詳細な計算ログを確認

これらを試せば、Granger因果性テストの結果がより安定する可能性があります！

user:

ありがとうございます。データの正規化を行うと、こうなりました。

1 38.44697981530863 1.5391094245685909e-09
2 5.592278039019806 0.004059483462060374
3 398.84756378820407 2.672288646121253e-113
4 54.16318560215245 1.4834438386655531e-35
5 13.333776511684855 6.642719947410067e-12
6 15.497812652263285 9.313517551713504e-16
7 9.54838113135471 7.559033830028673e-11
8 6.9589413952712835 1.6791801561994322e-08
9 7.077812231139117 2.144019022616864e-09
10 6.382784830761492 5.3700260162575685e-09
11 5.511354913630411 4.266104723507074e-08
12 5.059154073538558 9.588501423282036e-08
13 5.274066573505825 1.3727219566722622e-08
14 5.4030978846033495 2.713781312727878e-09
15 5.572645611015889 4.201409554639117e-10
16 4.349273658400097 9.885593204163465e-08
17 31.862068166830227 4.493844528030463e-58
18 33.27994497015396 1.4441032322770117e-61
19 271.9124300950456 2.2895058390923438e-179
20 488.85993434046117 2.5675200999596494e-218
21 115.89842078917314 6.121122309137167e-131
22 68.16487440762778 7.267681110559982e-103
23 444.43314515587775 1.4544092342365153e-215
24 521.7087973650663 5.4920022818390015e-226
25 320.4325486441536 1.052340482780159e-196
26 166.888463745677 2.0776586137119233e-158
27 176.1674451563912 1.6726515522322117e-162
28 332.7978151730989 1.2335898443924639e-200
29 455.35031236466455 5.9137758888106135e-220
30 185.89540843011437 2.4390100868606872e-167
31 51.86617589997697 1.2764804351034325e-97
32 37.891976989197794 7.149294865140376e-83
33 44.38002923769213 3.287980967437962e-91
34 222.9197692625379 7.638863454803172e-179
35 7.372584512536398 1.726225534201987e-23
36 213.62346815903408 3.114539479872576e-176
37 141.29723101102968 1.6894705250647893e-153
38 1.1588039470902143 0.2509443626895609
39 147.31031018301778 1.5138786237684696e-155
40 15.852464147277063 1.7246786526472745e-49
41 213.52314575651255 1.887439566712845e-175
42 39.30615701972146 6.153355910639439e-89
43 104.56432580668442 3.8461460999165056e-137
44 139.5248388255714 6.143831373911322e-152
45 143.1603622025958 4.3665984845207263e-153
46 25.988320601832886 3.5555555577305365e-71
47 186.77939565570878 1.212153323113167e-165
48 21.379217007842776 2.7456205867166853e-63
49 175.76684756785463 9.394058652790871e-162
50 6.6403197473279585 2.421516602152613e-24

assistant:

データを正規化したことで、Granger因果性テストの結果がより合理的な範囲に収まったように見えますね。F値が負になる問題は解消されたようですが、いくつか気になる点があります。

改善点・チェックすべき点

1. F値が異常に大きいラグがある

例えば、

lag=20: 488.86
lag=24: 521.71
lag=23: 444.43

など、異常に大きなF値を持つラグがあります。
通常、F値はモデルのフィットの良さを示しますが、大きすぎると過適合の可能性も考えられます。

🔹 対策

maxlag=20 に減らしてみる
特定のラグ（異常に大きいF値）を除外して再評価する

2. `lag=38` だけF値が小さい & p値が大きい

lag=38: F値 1.16, p値 0.25
他のラグに比べてF値が異常に小さく、p値も有意ではありません。

🔹 対策

lag=38 のデータを個別にチェックし、異常値がないか確認する
他のラグと比較し、データに欠損や異常な変動がないか調べる

今後試してみるべきこと

maxlag=20 に制限してみる

grangercausalitytests(df, maxlag=20, verbose=True)

異常なラグ（例: lag=38）を除外して再評価

valid_lags = [lag for lag in range(1, 51) if lag not in {38}]
for lag in valid_lags:
    grangercausalitytests(df, maxlag=lag, verbose=True)

異常に大きなF値のラグをチェック
- lag=20, lag=24, lag=23 など、F値が大きすぎるラグの影響を確認
- そのラグでの時系列の変動を可視化（プロット）して、異常値がないか調査する

データの正規化は明らかに効果がありましたが、F値の異常値やlag=38の異常な振る舞いが気になりますね。
次のステップとして、異常なラグを除外するか、データを可視化してさらなる分析をすると良いと思います！

user:

ありがとうございます。「そのラグでの時系列の変動を可視化（プロット）して、異常値がないか調査する」って、どうすればいいですか？

assistant:

時系列データの特定のラグでの変動を可視化する方法を説明します。
以下の手順で、異常に大きな F 値のラグ（例: lag=20, lag=23, lag=24）についてプロットし、データの異常がないか確認できます。

🔍 ステップ 1: 時系列データをプロット

まず、元の時系列データの全体像を確認しましょう。

import matplotlib.pyplot as plt

# x, y のデータ（仮に df['X'] と df['Y'] だとする）
plt.figure(figsize=(12, 5))
plt.plot(df['X'], label='X', linestyle='-', marker='o', markersize=2, alpha=0.7)
plt.plot(df['Y'], label='Y', linestyle='-', marker='s', markersize=2, alpha=0.7)
plt.legend()
plt.title("時系列データの推移")
plt.xlabel("Time")
plt.ylabel("Value")
plt.show()

✅ チェックポイント

極端なスパイク（急激な変動）があるか？
明らかに異常な外れ値があるか？
トレンドや周期性が崩れている部分があるか？

🔍 ステップ 2: 異常なラグでの相関をプロット

次に、lag=20, lag=23, lag=24 などの異常なラグでの時系列のズレを可視化します。

def plot_lagged_series(df, lag):
    plt.figure(figsize=(12, 5))

    # Y をラグ分だけずらす
    df_shifted = df.copy()
    df_shifted['Y_lagged'] = df_shifted['Y'].shift(lag)

    # 元の Y とラグ付き Y をプロット
    plt.plot(df_shifted['X'], label='X', linestyle='-', marker='o', markersize=2, alpha=0.7)
    plt.plot(df_shifted['Y_lagged'], label=f'Y (lag={lag})', linestyle='-', marker='s', markersize=2, alpha=0.7)

    plt.legend()
    plt.title(f"時系列データの比較（lag={lag}）")
    plt.xlabel("Time")
    plt.ylabel("Value")
    plt.show()

# 異常なラグをプロット
for lag in [20, 23, 24]:
    plot_lagged_series(df, lag)

✅ チェックポイント

Y を X に対して20, 23, 24 ステップずらしたときに、異常な変動がないか？
lag=20 などのタイミングで急激なスパイクや異常な相関が発生していないか？

🔍 ステップ 3: ラグ別の自己相関（ACF）と部分自己相関（PACF）を確認

異常なラグでの自己相関を可視化することで、周期性のズレや異常値を検出できます。

from statsmodels.graphics.tsaplots import plot_acf, plot_pacf

# ACF（自己相関）プロット
plot_acf(df['Y'], lags=50)
plt.title("自己相関 (ACF)")
plt.show()

# PACF（部分自己相関）プロット
plot_pacf(df['Y'], lags=50)
plt.title("部分自己相関 (PACF)")
plt.show()

✅ チェックポイント

lag=20, lag=23, lag=24 の自己相関が異常に高くなっていないか？
急激な変動や外れ値が自己相関の形状に影響を与えていないか？

まとめ

👀 確認すべきポイント

時系列プロットで外れ値や急激な変動を確認
異常なラグでの Y のズレを可視化し、不自然な変動をチェック
自己相関（ACF）と部分自己相関（PACF）を見て周期性の影響を確認

これで、異常なラグに何が起きているかがわかるはずです！
試してみて、気になる点があれば教えてください 🙌

user:

うーん、異常がありそうかどうか何も分からないですね。ところで自己相関（ACF）と部分自己相関（PACF）について、説明お願いしていいですか？

assistant:

確かに、プロットを見ても「異常があるかどうか」判断が難しいこともありますね。
その前提として、自己相関（ACF）と部分自己相関（PACF）について、しっかり説明しておきます！

📌 1. 自己相関（ACF: Autocorrelation Function）とは？

自己相関（ACF）は、時系列データの異なるラグ（遅れ）における相関を表します。
つまり、「ある時点のデータ」と「過去のデータ」がどれくらい関係しているかを数値化したものです。

💡 簡単なイメージ

ACFが大きい → そのラグに強い相関がある（周期性がある可能性）
ACFが小さい → そのラグでの相関がほぼない（ランダムな動き）

例えば、季節性のあるデータ（気温・売上など）は、1年（12カ月）前の値と強い相関を持つことが多いです。その場合、lag=12 のACFが高くなります。

📌 2. 部分自己相関（PACF: Partial Autocorrelation Function）とは？

PACFは、特定のラグにおける「直接的な」相関を表します。
つまり、「lag=k の相関から lag<k の影響を取り除いたもの」です。

💡 簡単なイメージ

ACFは 累積的な相関 を示す
PACFは そのラグ固有の直接的な影響 を示す

ACF vs PACF の違い

例えば、売上データ を考えます：

t 期の売上は t-1 期の売上に影響される（lag=1 の相関が強い）
t-1 期の売上も t-2 期の売上に影響される
t 期と t-2 期の相関が高くなるが、実は t-1 を通じた影響にすぎない
PACFはこの間接的な影響を取り除いて、純粋に t-2 期の影響だけを見せる！

📊 3. ACF & PACF の使い方

ACF と PACF のグラフを描くことで、時系列データのパターンを分析できます。

✅ ACF の見方

ゆっくり減衰する → ARモデル（自己回帰モデル）
周期的に大きくなる → 季節性がある可能性
ラグが進んでも高い値のまま → ランダムウォークの可能性

✅ PACF の見方

ラグ k で急に落ちる → ARモデル（自己回帰プロセス）の次数 k を示唆
PACF が急激にゼロに近づくが、ACF はゆっくり減衰 → MAモデル（移動平均モデル）の可能性

🔍 4. ACF & PACF を Python でプロット

ACF と PACF をプロットして確認してみましょう！

from statsmodels.graphics.tsaplots import plot_acf, plot_pacf
import matplotlib.pyplot as plt

# Y の自己相関と部分自己相関をプロット
fig, ax = plt.subplots(2, 1, figsize=(12, 8))

# ACF（自己相関）
plot_acf(df['Y'], lags=50, ax=ax[0])
ax[0].set_title("自己相関 (ACF)")

# PACF（部分自己相関）
plot_pacf(df['Y'], lags=50, ax=ax[1])
ax[1].set_title("部分自己相関 (PACF)")

plt.tight_layout()
plt.show()

📌 まとめ

指標	何を表す？	見るべきポイント
ACF	過去のデータとどれくらい相関があるか	高い値が続く → 長期依存 or 季節性
PACF	過去のデータの「直接的な影響」	最初の `k` だけ高い → AR(`k`) モデルの候補

🔍 次にやるべきこと：

ACF / PACF をプロットして、異常なラグ（lag=20, lag=23, lag=24）に特徴的なパターンがないか確認
もし ACF や PACF に「急に高いスパイク」があれば、そのラグで周期性や異常値の影響が出ている可能性がある

これで ACF / PACF の基本はバッチリです！
プロットの結果を見て、気になることがあれば教えてください 🙌

user:

ありがとうございました。今回の議論をブログに書こうと思うんですが、タイトルの候補を列挙していただいていいですか？

assistant:

いいですね！今回の内容を反映したブログタイトルの候補をいくつか挙げてみます。

🔹 分析視点を強調したタイトル

時系列データの異常検知：ACF・PACFを活用したアプローチ
自己相関と部分自己相関の活用法：時系列データの構造を読み解く
時系列分析の基本：ACF・PACFの見方と異常値の発見
データの背後に潜むパターンを探る：ACF・PACFで時系列を分析する
時系列データの周期性と異常を可視化する方法：ACF・PACFを使いこなす

🔹 実践的なアプローチを強調したタイトル

Pythonで学ぶ！ACF・PACFを使った時系列データ分析入門
時系列データの自己相関を視覚化する：PythonでACF・PACFをプロットしよう
異常検知の第一歩！ACFとPACFを使った時系列分析の実践ガイド
統計モデリングのための時系列分析：自己相関と部分自己相関の解釈
データサイエンスの視点から見るACF・PACF：異常値とトレンドの検出

🔹 キャッチーなタイトル

「時系列データの秘密」を解き明かす！ACF・PACFで見えるものとは？
時系列の動きを読み解く鍵！ACF・PACFでデータの法則を見つけよう
時系列データの異常はこう見抜く！ACF・PACFを武器にする方法
データに隠れたサインを見逃すな！ACF・PACFで時系列を攻略
自己相関 vs 部分自己相関：時系列データを制する者はデータ分析を制す！

この中でピンとくるものがあれば、それをアレンジしてもいいですし、もっと具体的なテーマがあれば調整できます！💡✨

user:

ACF・PACFがメインというよりは、grangercausalitytests がメインのつもりです。

assistant:

なるほど、Granger因果検定（grangercausalitytests）がメインなんですね！それを踏まえて、タイトルの候補を修正しました。

🔹 分析視点を強調したタイトル

Granger因果検定で時系列データの因果関係を探る
「相関」と「因果」は違う？Granger因果検定で時系列データを深掘り
時系列データの因果推論：Granger因果検定の理論と実践
Granger因果検定を使って、データの「影響関係」を可視化する
因果関係は推測できるのか？Granger因果検定で試す時系列解析

🔹 実践的なアプローチを強調したタイトル

PythonでGranger因果検定を試す：時系列データの因果関係を検証
grangercausalitytestsの使い方：時系列データの因果分析を実践
「XがYに影響を与えている？」Granger因果検定で確かめる方法
時系列データ分析の強力ツール：Granger因果検定を活用する
Granger因果検定で未来を予測？時系列データの影響関係を調べる

🔹 キャッチーなタイトル

Granger因果検定で「何が何に影響するのか」を見抜く！
時系列データの真の関係性を暴く！Granger因果検定で因果を探る
「XがYを引き起こしている？」Granger因果検定で時系列の謎を解く
時系列データの隠れた因果関係を発見！Granger因果検定の実践ガイド
未来予測は可能か？Granger因果検定で時系列の因果を解析する

この中で気に入ったものがあれば、そのまま使うか、アレンジしてみてください！😊

user:

ありがとうございます。「grangercausalitytestsの使い方：時系列データの因果分析を実践」でいこうと思います。最後に、まとめを書いてください。

assistant:

いいですね！では、「grangercausalitytestsの使い方：時系列データの因果分析を実践」 の記事のまとめを考えました。

まとめ

時系列データにおいて、「ある変数が別の変数に影響を与えているのか？」を検証する手法の一つが Granger因果検定 です。本記事では、Pythonのstatsmodelsライブラリに含まれる grangercausalitytests を用いて、実際にデータの因果関係を検証する方法を解説しました。

ポイントをおさらいすると：

Granger因果検定とは？
- 「XがYの未来を予測するのに役立つか？」を統計的に検証する手法。
- 相関関係と因果関係は異なるが、Granger因果検定は時系列データにおける影響関係を示唆できる。
grangercausalitytests の使い方
- max_lag を設定し、複数のラグ（遅れ）に対して因果性を検定。
- F検定やカイ二乗検定のp値を確認し、どのラグでGranger因果が成立するかを判断。
- p値が小さい（例えば0.05未満）なら、帰無仮説「XはYをGranger因果しない」を棄却できる。
解析結果の解釈
- 検定結果のp値を確認し、「どのラグで因果関係がありそうか」を見極める。
- ACF（自己相関）やPACF（部分自己相関）と組み合わせることで、より深い分析が可能。
- データのスケールや異常値の影響を考慮し、適切な前処理（標準化や欠損値処理）を行うことが重要。

Granger因果検定は、時系列データの関係性を探る上で強力なツールですが、因果推論の「決定打」ではない ことに注意が必要です。他の因果推論手法（例えばDoWhyやLiNGAM）とも組み合わせながら、慎重にデータを解釈していくのが理想的です。

本記事が、時系列データの因果分析に取り組む際の一助になれば幸いです！🚀

こんな感じでどうでしょう？😊

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grangercausalitytestsの使い方：時系列データの因果分析を実践

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いくつかのポイント:

次のステップ:

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このワーニングと負のF値の関連性

解決策

1. 多重共線性の確認

2. データの正規化

3. 特異なラグを除外

試してみるべきステップ

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assistant:

改善点・チェックすべき点

1. F値が異常に大きいラグがある

2. lag=38 だけF値が小さい & p値が大きい

今後試してみるべきこと

user:

assistant:

🔍 ステップ 1: 時系列データをプロット

🔍 ステップ 2: 異常なラグでの相関をプロット

🔍 ステップ 3: ラグ別の自己相関（ACF）と部分自己相関（PACF）を確認

まとめ

user:

assistant:

📌 1. 自己相関（ACF: Autocorrelation Function）とは？

📌 2. 部分自己相関（PACF: Partial Autocorrelation Function）とは？

ACF vs PACF の違い

📊 3. ACF & PACF の使い方

✅ ACF の見方

✅ PACF の見方

🔍 4. ACF & PACF を Python でプロット

📌 まとめ

user:

assistant:

🔹 分析視点を強調したタイトル

🔹 実践的なアプローチを強調したタイトル

🔹 キャッチーなタイトル

user:

assistant:

🔹 分析視点を強調したタイトル

🔹 実践的なアプローチを強調したタイトル

🔹 キャッチーなタイトル

user:

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まとめ

2. `lag=38` だけF値が小さい & p値が大きい