時間序列分析演算法學習筆記

2022-07-15 12:36:11 字數 1668 閱讀 4895

arima模型是時間序列分析中應用最廣泛的模型之一,arima(p,d,q)由三個部分組成

- ar(p):ar是autoregressive的縮寫,表示自回歸模型。含義是當前時間點的值等於過去若干個時間點的回歸——因為不依賴與別的解釋變數,只依賴於自己過去的歷史值,故稱為自回歸;如果依賴過去最近的p個歷史值,稱階數為p,記為ar(p)模型。 

- i(d):i是integrated的縮寫,含義是模型對時間序列進行差分。因為時間序列分析要求平穩性,不平穩的序列需要通過一定手段轉化為平穩序列,一般採用的方法就是差分,d表示差分的階數。 

如果d=0:xt

=xt'>如果d=1:xt

=xt'>xt=

xt−x

t−1'>如果d=2:xt

=xt'>xt=

xt−x

t−1'>xt=

(xt−

xt−1

)−(x

t−1−

xt−2

)=xt

−2xt

−1+x

t−2'>以此類推。

- ma(q):移動平均模型,和上面的移動平均法不同,這裡本質上還是回歸,含義是當前時間點的值等於過去若干個時間點的**誤差的回歸;**誤差=模型**值-真實值;如果序列依賴過去最近的q個歷史**誤差值,稱階數為q,即為ma(q)模型。 

aic和bic,以及inlkhd都是越接近0表示模型越好

總的來說,holt-winters將時間序列訊號拆解為三個分量:

(1)平穩隨機訊號分量:

(2)趨勢訊號分量:

(3)週期性訊號分量:

有三個引數:

其中 α是資料平滑因子, 0 < α < 1;β是趨勢平滑因子,0 < β < 1; γ是季節改變平滑因子0 < γ < 1

對於三次指數平滑法,我們必須初始化乙個完整的」季節「的值。至於如何選擇引數α

'>α

α,β'>β

β,γ'>γ

γ,乙個比較笨拙但可行的方法是反覆試驗,定義乙個誤差,比如平均絕對誤差(mean absolute error,mae)或平均平方誤差(mean squared error,mse),設定幾個引數的範圍,然後找到範圍內誤差最小的那組引數值。

具體**實現:

arima和holter-winters是從不同的角度去分解時間序列訊號的演算法,兩種方法各有它考慮訊號的角度:holt-winters更多考慮的是如何做「平滑」;arima則主要是基於「回歸」的思想;在實際的時間序列分析問題中,面對更複雜的場景時,可能需要加入考慮其他的特徵或者加入非線性,都可以從這些經典演算法得到啟發來不斷改進和優化。

例如使用ensemble的思想將不同的演算法得到的結果作為特徵(或者說是「成分」)輸入到新的模型中,又或者將某個演算法中的平滑部分使用其他更巧妙的平滑方式取代,還可以借助神經網路來生成非線性特徵,使得模型可以學習到非線性;另外,所有的回歸演算法也都可以用來解決**問題。

回歸**模型的評估方法見先前的部落格:

時間訊號常考慮的組成成分:(1)趨勢;(2)季節性(或其他週期性);(3)噪音;(4)歷史狀態轉換;(5)本身的時間序列特徵;(6)其他。

此外,也有根據業務場景自身特點來分解訊號的,比如按不同地區來分解,或者按不同間隔粒度來分解等。

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