10灰色預(yù)測(cè)法

1、10.1 灰色預(yù)測(cè)理論10.2 GM(1,1)模型 10.3 GM(1,1)殘差模型及GM (n, h)模型,10 灰色預(yù)測(cè)法,回總目錄,10.1 灰 色 預(yù) 測(cè) 理 論,一、灰色預(yù)測(cè)的概念,（1）灰色系統(tǒng)、白色系統(tǒng)和黑色系統(tǒng),白色系統(tǒng)是指一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部特征是完全 已知的，即系統(tǒng)的信息是完全充分的。,回總目錄,回本章目錄,黑色系統(tǒng)是指一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部信息對(duì)外界 來(lái)說(shuō)是一無(wú)所知的，只能通過(guò)它與外界的 聯(lián)系來(lái)加以觀

2、測(cè)研究。,灰色系統(tǒng)內(nèi)的一部分信息是已知的，另一 部分信息是未知 的，系統(tǒng)內(nèi)各因素間有不 確定的關(guān)系。,回總目錄,回本章目錄,灰色預(yù)測(cè)法是一種對(duì)含有不確定因素的系 統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。 灰色預(yù)測(cè)是對(duì)既含有已知信息又含有不確定 信息的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)則，就是對(duì)在一定范圍內(nèi) 變化的、與時(shí)間有關(guān)的灰色過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)。,（2）灰色預(yù)測(cè)法,回總目錄,回本章目錄,灰色預(yù)測(cè)通過(guò)鑒別系統(tǒng)因

3、素之間發(fā)展趨 勢(shì)的相異程度，即進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并對(duì) 原始數(shù)據(jù)進(jìn)行生成處理來(lái)尋找系統(tǒng)變動(dòng) 的規(guī)律，生成有較強(qiáng)規(guī)律性的數(shù)據(jù)序列， 然后建立相應(yīng)的微分方程模型，從而預(yù) 測(cè)事物未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的狀況。,回總目錄,回本章目錄,灰色預(yù)測(cè)法用等時(shí)距觀測(cè)到的反映預(yù)測(cè)對(duì) 象特征的一系列數(shù)量值構(gòu)造灰色預(yù)測(cè)模型， 預(yù)測(cè)未來(lái)某一時(shí)刻的特征量，或達(dá)到某一 特征量的時(shí)間。,回總目錄,回本章目錄,（3）灰色預(yù)測(cè)的四

4、種常見(jiàn)類(lèi)型,? 灰色時(shí)間序列預(yù)測(cè) 即用觀察到的反映預(yù)測(cè)對(duì)象特征的時(shí)間序列來(lái)構(gòu)造灰色預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)未來(lái)某一時(shí)刻的特征量，或達(dá)到某一特征量的時(shí)間。 ? 畸變預(yù)測(cè) 即通過(guò)灰色模型預(yù)測(cè)異常值出現(xiàn)的時(shí)刻，預(yù)測(cè)異常值 什么時(shí)候出現(xiàn)在特定時(shí)區(qū)內(nèi)。,回總目錄,回本章目錄,系統(tǒng)預(yù)測(cè) 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)行為特征指標(biāo)建立一組相互關(guān)聯(lián)的灰色預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)系統(tǒng)中眾多變量間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系的變化。 拓?fù)?/p>

5、預(yù)測(cè) 將原始數(shù)據(jù)做曲線，在曲線上按定值尋找該定值發(fā)生的所有時(shí)點(diǎn)，并以該定值為框架構(gòu)成時(shí)點(diǎn)數(shù)列，然后建立模型預(yù)測(cè)該定值所發(fā)生的時(shí)點(diǎn)。,回總目錄,回本章目錄,,二、生成列,為了弱化原始時(shí)間序列的隨機(jī)性，在建立灰色預(yù)測(cè)模型之前，需先對(duì)原始時(shí)間序列進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后的時(shí)間序列即稱(chēng)為生成列。,回總目錄,回本章目錄,累加,累加是將原始序列通過(guò)累加得到生成列。,灰色系統(tǒng)常用的數(shù)據(jù)處理方式有累加和累減兩種。,（1）數(shù)

6、據(jù)處理方式,回總目錄,回本章目錄,累加的規(guī)則:,將原始序列的第一個(gè)數(shù)據(jù)作為生成列的第一個(gè)數(shù)據(jù)，將原始序列的第二個(gè)數(shù)據(jù)加到原始序列的第一個(gè)數(shù)據(jù)上，其和作為生成列的第二個(gè)數(shù)據(jù)，將原始序列的第三個(gè)數(shù)據(jù)加到生成列的第二個(gè)數(shù)據(jù)上，其和作為生成列的第三個(gè)數(shù)據(jù)，按此規(guī)則進(jìn)行下去，便可得到生成列。,回總目錄,回本章目錄,記原始時(shí)間序列為：,生成列為：,上標(biāo)1表示一次累加，同理，可作m次累加：,回總目錄,回本章目錄,對(duì)非負(fù)數(shù)據(jù)，累加次數(shù)越多則

7、隨機(jī)性弱化 越多，累加次數(shù)足夠大后，可認(rèn)為時(shí)間序 列已由隨機(jī)序列變?yōu)榉请S機(jī)序列。 一般隨機(jī)序列的多次累加序列，大多可用 指數(shù)曲線逼近。,回總目錄,回本章目錄,累減,將原始序列前后兩個(gè)數(shù)據(jù)相減得到累減生成列,累減是累加的逆運(yùn)算，累減可將累加生成 列 還原為非生成列，在建模中獲得增量信息。,一次累減的公式為：,回總目錄,回本章目錄,三、關(guān)聯(lián)度,關(guān)聯(lián)度分析是分析系統(tǒng)中各因素關(guān)聯(lián)程度的方法，在計(jì)算關(guān)聯(lián)度之前需

8、先計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。,（1）關(guān)聯(lián)系數(shù),設(shè),則關(guān)聯(lián)系數(shù)定義為：,回總目錄,回本章目錄,式中：,為第k個(gè)點(diǎn),ρ稱(chēng)為分辨率，0<ρ<1,一般取ρ=0.5；,對(duì)單位不一，初值不同的序列，在計(jì)算相關(guān)系數(shù)前應(yīng)首先進(jìn)行初始化，即將該序列所有數(shù)據(jù)分別除以第一個(gè)數(shù)據(jù)。,的絕對(duì)誤差；,和,為兩級(jí)最小差；,為兩級(jí)最大差；,回總目錄,回本章目錄,（2）關(guān)聯(lián)度,和,的關(guān)聯(lián)度為：,回總目錄,回本章目錄,一個(gè)計(jì)算關(guān)聯(lián)度的例子,工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、商業(yè)各部門(mén)的

9、行為數(shù)據(jù)如下：,工業(yè),農(nóng)業(yè),運(yùn)輸業(yè),商業(yè),參考序列分別為,，被比較序列為 ,,試求關(guān)聯(lián)度。,回總目錄,回本章目錄,解答：,以,為參考序列求關(guān)聯(lián)度。,第一步：初始化，即將該序列所有數(shù)據(jù)分別 除以第一個(gè)數(shù)據(jù)。得到：,回總目錄,回本章目錄,第二步：求序列差,第三步：求兩極差,回總目錄,回本章目錄,第四步：計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù),取ρ=0.5，有：,從而：,回總目錄,回本章目錄,第五步：求關(guān)聯(lián)度,計(jì)算結(jié)果表

10、明，運(yùn)輸業(yè)和工業(yè)的關(guān)聯(lián)程度大于農(nóng)業(yè)、商業(yè)和工業(yè)的關(guān)聯(lián)程度。,為參考序列時(shí)，計(jì)算類(lèi)似，這里略去。,回總目錄,回本章目錄,10.2 GM(1,1)模型,一、GM（1，1）模型的建立,設(shè)時(shí)間序列,有n個(gè)觀,察值，通過(guò)累加生成新序列,則GM（1，1）模型相應(yīng)的微分方程為：,其中：α稱(chēng)為發(fā)展灰數(shù)；μ稱(chēng)為內(nèi)生控制灰數(shù)。,回總目錄,回本章目錄,設(shè),為待估參數(shù)向量，,最小二乘法求解。解得：,求解微分方程，即可得預(yù)測(cè)模型：,，可利用,回總目錄,回本

11、章目錄,灰色預(yù)測(cè)檢驗(yàn)一般有殘差檢驗(yàn)、關(guān)聯(lián)度檢,二、模型檢驗(yàn),（1）殘差檢驗(yàn),按預(yù)測(cè)模型計(jì)算,并將,累減生成,然后計(jì)算原始序列,與,的絕對(duì)誤差序列及相,對(duì)誤差序列。,驗(yàn)和后驗(yàn)差檢驗(yàn)。,回總目錄,回本章目錄,（2）關(guān)聯(lián)度檢驗(yàn),根據(jù)前面所述關(guān)聯(lián)度的計(jì)算方法算出,與原始序列,的關(guān)聯(lián)系數(shù)，然后計(jì)算出關(guān)聯(lián),度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)ρ=0.5時(shí)，關(guān)聯(lián)度大于0.6便滿意了。,回總目錄,回本章目錄,（3）后驗(yàn)差檢驗(yàn),a.計(jì)算原始序列標(biāo)準(zhǔn)差:,回總目錄,回本章目

12、錄,b. 計(jì)算絕對(duì)誤差序列的標(biāo)準(zhǔn)差：,c. 計(jì)算方差比：,回總目錄,回本章目錄,d. 計(jì)算小誤差概率：,令:,，,則：,,,,P>0.95>0.80>0.70≤0.70,C<0.35<0.50<0.65≥0.65,好 合格 勉強(qiáng)合格 不合格,,回總目錄,回本章目錄,10.3 GM(1,1)殘差模型及GM (n, h)模型,一、殘差模型,若用原始經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列,模型檢驗(yàn)不合格

13、或精度不理想時(shí)，要對(duì)建立的GM（1，1）模型進(jìn)行殘差修正或提高模型的預(yù)測(cè)精度。修正的方法是建立GM（1，1）的殘差模型。,建立的GM(1,1),回總目錄,回本章目錄,二、 GM（n，h）模型,GM（n，h）模型是微分方程模型，可用于對(duì)描述對(duì)象做長(zhǎng)期、連續(xù)、動(dòng)態(tài)的反映。從原則上講，某一灰色系統(tǒng)無(wú)論內(nèi)部機(jī)制如何，只要能將該系統(tǒng)原始表征量表示為時(shí)間,，并有,（N表示自然數(shù)集），即可用GM模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述。,，,序列,回總目錄,回本章