Prognozowanie i symulacje.docx

(1861 KB) Pobierz

Strona | 3

 

Prognozowanie i symulacje

 

Prognozowanie na podstawie modeli szeregów czasowych

 

Baza danych statystycznych   z wartościami zmiennej prognozowanej Y jest szeregiem czasowym w postaci:

 

t

Y

1

Y1

2

Y2

...

...

n

Yn

             

gdzie t jest  numerem okresu lub momentu czasowego.

Prognozy na okresy lub momenty T > n wyznacza się posługując się modelem w postaci

Yt = f(t, t).

gdzie:

-  f jest postacią modelu,

- jest składnikiem losowym ( wahaniami przypadkowymi).

 

Jeżeli spełnione są podstawowe założenia prognostyczne to znaczy:

1.      Znana jest postać  modelu f, który ma założone własności ,

2.      Tendencja rozwojowa występująca w przeszłości będzie taka sama w prognozowanej przyszłości,

to można wyznaczyć prognozę zmiennej objaśnianej Y w okresie T > n według wzoru

 

Y*T= f(T).

 

Zadanie 1. Prognozowanie szeregów czasowych ze stałym średnim poziomem zmiennej prognozowanej

 

              Jeśli wartości zmiennej prognozowanej Y oscylują wokół pewnej wartości  (zwanej stałym średnim poziomem) to zmienne prognozowana Y ma stały średni poziom z wahaniami przypadkowymi.

              Wykres takiej zmiennej Y ma postać :

 

 

Do prognozowania zmiennych  o stałym średnim poziomie z wahaniami przypadkowymi używa się następujących metod:

              - metoda naiwna typu stały średni poziom (model Browna).

              - metoda średniej ruchomej k – elementowej,

              - metoda średniej ruchomej ważonej k – elementowej,

              - metoda wygładzania wykładniczego ( model adaptacyjny).

 

Prognozowanie za pomocą metody naiwnej typu stały średni poziom

 

              Metoda ta jest używana jeśli zmienna prognozowana Y nie wykazuje zbyt dużych wahań przypadkowychModel prognostyczny ma postać:

  t = 2, …n+1                                                        (1)

Za pomocą powyższego modelu można wyznaczyć prognozę na jeden okres T = n+1.

Trafność doboru modelu ocenia się za pomocą wybranego błędu ex post prognoz wygasłych.

 

Przykład 1.Tygodniowa sprzedaż kostek masła w hurtowni NABIAŁEK kształtowała się następująco:

 

Wyznaczyć prognozę sprzedaży na tydzień 13 i ocenić dobór modelu za pomocą błędu RMSE.

Dla oceny postaci tendencji rozwojowej wykonamy wykres wartości zmiennej prognozowanej Y.

W tym celu zaznaczamy kolumnę z wartościami Y i wybieramy wykres liniowy. Otrzymujemy wykres w postaci:

Na podstawie analizy wzrokowej wykresu możemy stwierdzić,że zmienna prognozowana Y

              - nie wykazuje wahań okresowych,

              - nie wykazuje trendu (rosnącego ani malejącego).

Stąd wynika,ż e zmienna Y ma stały średni poziom z wahaniami przypadkowymi.

Wyznaczmy teraz średnia sprzedaż masła w badanym szeregu czasowym.

Funkcja ŚREDNIA znajduje się w funkcjach statystycznych

 

Wybieramy funkcję ŚREDNIA i akceptujemy wybór OK.  Otrzymujemy tabelę

Argumenty funkcji

 

W okienku Liczba1 wpisujemy adresy komórek z wartościami zmiennej Y ( w naszym przykładzie to B3:B13 i akceptujemy OK. Wynikiem jest wartość średniej arytmetycznej z wartości Y.

 

Możemy wiec stwierdzić, że średnia sprzedaż masła to 1,03 setek kostek w ciągu tygodnia.

Zadamy teraz zmienność zmiennej prognozowanej Y. Uzyjemy w tym celu współczynnika zmienności ze wzoru

gdzie:             

to odchylenie standardowe zmiennej Y od średniej,

to wartość średnia zmiennej Y.

W tym celu wyznaczymy odchylenie standardowe zmiennej Y za pomocą funkcji statystycznej

ODCH.STANDARD.POPUL.

 

Po wyborze funkcji ODCH.STANDARD.POPUL. akceptujemy wybór OK.

Otrzymujemy tabelę Argumenty funkcji

gdzie w okienku Liczba1 wpisujemy adresy komórek, w których znajdują się wartości zmiennej Y (w naszym przykładzie B2:B14). Wybór akceptujemy OK. Możemy teraz wyznaczyć współczynnik zmienności.

 

Wynik naszych działań zamieszczono poniżej

Możemy więc stwierdzić, że odchylenie standardowe stanowi około 3% wartości średniej Y.

Zatem zmienna Y wykazuje niewielką zmienność i do prognozowania możemy użyć modelu Browna ( metody naiwnej typu stały średni poziom).

Prognoza na 13. tydzień to

setek kostek masła.

Trafność doboru modelu ocenimy za pomocą błędu

gdzie :

M  to zbiór numerów okresów dla których wyznacza się prognozy wygasłe,

card M to liczba elementów zbioru M.

W następnym kroku wyznaczymy więc prognozy wygasłe według wzoru (1).

Mamy Y2 = Y1 ( prognoza wygasła na drugi tydzień).

A następnie przekopiujemy wzór aż do komórki C13. Wynikiem naszych działań jest

 

Obliczymy teraz kwadraty różnic (Yt-Y*t)2

             

A następnie obliczymy ich sumę.

 

Ponieważ zbiór M = { 2,3,…, 12} zawiera 11 elementów błąd RMSE będzie miał postać:

 

 

 

Błąd RMSE = 0,05 setek kostek masła. Oznacza to, że prognozy wygasłe dla tygodni o numerach od 2 do 12 wyznaczone za pomocą modelu Browna , średnio różnią się od rzeczywistych sprzedaży w tych tygodniach o 5 kostek masła.

Dla oceny wielkości tego błędu wyznaczymy wskaźnik :

Gdzie to średnia wartości zmiennej prognozowanej Y z okresów dla, których wyznaczone zostały prognozy wygasłe ( w naszym przykładzie to komórki B3:B13)

 

Mamy

Stąd wynika, że błąd RMSE stanowi około 5% średniej tygodniowej sprzedaży masła .

Błąd ten jest niewielki a więc stwierdzamy, że prognozy wygasłe były trafne zatem model może zostać użyty do prognozowania.

 

Odpowiedź. Prognoza na 13. tydzień wyznaczona metodą naiwną typu stały średni poziom to 102 kostki masła.

 

 

 

Prognozowanie za pomocą metody średniej ruchomej k – elementowej

 

W hurtowni CIEPŁA NÓŻKA w kolejnych 14. Miesiącach badano sprzedaż skarpet
w tys. par. Dane zamieszczono poniższej tablicy.

Za pomocą metody średniej ruchomej trzy elementowej postawić prognozę sprzedaży na miesiąc 15. Trafność doboru modelu ocenić za pomocą błędu MAE.

 

Na podstawie analizy wzrokowej wykresu możemy stwierdzić, że zmienna prognozowana Y

- nie wykazuje wahań okresowych,

              - nie wykazuje trendu (rosnącego ani malejącego).

Stąd wynika,ż e zmienna Y ma stały średni poziom z wahaniami przypadkowymi.

W badanym szeregu czasowym średnia miesięczna sprzedaż skarpet to 39,714 tys. par.

Prognozy metodą średniej ruchomej k – elementowej wyznaczamy ze wzoru:

 

        t = k+1, k+2, …,n+1.

Metodą średniej ruchomej można wyznaczyć jedynie prognozę na jeden okres T = n+1.

Prognoza wyznaczona metoda sredniej ruchomej trzyelementowej na 15. miesiąc to

  tys. par skarpet .   

Do oceny modelu prognostycznego zaproponowano błąd

    

                                                                      (2)

Aby wyznaczyć wielkość błędu MAE wyznaczymy prognozy wygasłe Yt* dla  t = 4, 5, …,14,

 

                         

różnice pomiędzy wartościami Yt a prognozami wygasłymi Y t *,

 

a  następnie ich wartości bezwzględne. Wartość bezwzględną z liczby wyznaczamy za pomocą funkcji matematycznej MODUŁ.LICZBY.

Po wybraniu funkcji MODUŁ.LICZBY w tabelce argumentów funkcji wpisujemy liczbę, której wartość bezwzględną obliczamy( w naszym przykładzie D5).

 

 

 

 

 

Wynikiem będzie tabela w postaci:

Wyznaczymy teraz błąd MAE na podstawie wzoru (2), gdzie M = {4,5,…14}natomiast
card M = 11.

 

Błąd MAE = 1,36 tys. par skarpet.

Oznacza to, że prognozy wygasłe wyznaczone dla miesięcy o numerach od 4 do 14 średnio różnią się od rzeczywistej sprzedaży skarpet o 1,36 tys. par skarpet. Dla oceny wielkości błędu MAE w stosunku do rzeczywistych wartości sprzedaży wyznaczymy wskaźnik

Mamy               wynika stąd, że Stąd wynika, że błąd MAE stanowi około 3,4% średniej miesięcznej  sprzedaży skarpet.

Błąd ten jest niewielki a więc stwierdzamy, że prognozy wygasłe były trafne zatem model może zostać użyty do prognozowania.

Odpowiedź. Prognoza sprzedaży na 15. miesiąc to 39 tysięcy par skarpet.

 

Prognozowanie za pomocą metody średniej ruchomej ważonej k – elementowej

 

Przykład 3. W kolejnych kwartałach kolejnych lat wielkość produkcji rur stalowych w zakładzie NASZA RURKA kształtowała się następująco.

 

Wyznaczyć prognozę wielkości produkcji na kolejne 15. półrocze metoda średniej ważonej czteroelementowej. Trafność doboru modelu ocenić za pomocą błędu RMSE.

 

Na podstawie analizy wzrokowej wykresu możemy stwierdzić, że zmienna prognozowana Y

- nie wykazuje wahań okresowych,

              - nie wykazuje trendu (rosnącego ani malejącego).

Stąd wynika,ż e zmienna Y ma stały średni poziom z wahaniami przypadkowymi.

Prognozy metodą średniej ruchomej ważonej k – elementowej wyznaczamy ze wzoru:

 

        t = k+1, k+2, …, n.         (3)

Wartości ( j = 1, 2...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin