进阶数据分析师基本概念篇2贝叶斯预测

贝叶斯预测模型的概述

  贝叶斯预测模型是运用贝叶斯统计进行的一种预测.贝叶斯统计不同于一般的统计方法,其不仅利用模型信息和数据信息,而且充分利用先验信息。

  托马斯·贝叶斯(ThomasBayes)的统计预测方法是一种以动态模型为研究对象的时间序列预测方法。在做统计推断时,一般模式是:

  先验信息+总体分布信息+样本信息→后验分布信息

  可以看出贝叶斯模型不仅利用了前期的数据信息,还加入了决策者的经验和判断等信息,并将客观因素和主观因素结合起来,对异常情况的发生具有较多的灵活性。这里以美国—年的出口额数据为例,探讨贝叶斯统计预测方法的应用。

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Bayes预测模型及其计算步骤

  此处使用常均值折扣模型,这种模型应用广泛而且简单,它体现了动态现行模型的许多基本概念和分析特性。

常均值折扣模型

  对每一时刻t常均值折模型记为DLM{1,1,V,δ},折扣因子δ,Oδl定义如下:

  观测方程:μt=μt?1+ωt,ωt~N[O,Wt]

  状态方程:yt=μt+vt,vt~N[0,V]

  初始信息:~N[m0,C0]

  其中μ是t时刻序列的水平,Vt是观测误差项或噪声项,ωt是状态误差项。

定理:对于每一时刻t,假设μt?1的后验分布()~N[mt?1,Ct?1],则μt的先验分布()~N[mt?1,Rt],其中Rt=Ct?1+Wt。

推论1:()~N[ft,Qt],其中ft=mt?1,Qt=Rt+V。

推论2:μt的后验分布()~N[mt,Ct],其中mt=mt?1+Atet,Ct=ATvt,At=Rt/Qt,et=yt?ft

  由于Rt=Ct-1+Wt=Ct-1/δ,故有W?t=Ct?1(δ?1?1)

其计算步骤为:

  (1)Rt=C?t/δ;(2)Qt=Rt+V;

  (3)At=Rt/Qt;(4)ft?1=mt?1;

  (5)et?yt?ft?1;(6)Ct=AtV;

  (7)mt?mt?1+Atet

计算实例

  根据TheSASSystemforWindows9.0所编程序,对美国出口额(单位:十亿元)变化进行了预测。选取常均值折扣模型和抛物线回归模型。

  美国出口额的预测,预测模型的初始信息为m0=,Co=72,V=0.Ol,δ=0.8得到的—年的预测结果。见表2中给出了预测的部分信息(—年的预测信息)。

  通过TheSASSystemforWindows9.0软件回归分析得到抛物线预测方程:

  表示年份

见表3给出了-年的预测信息。

计算结果分析

  对预测结果的准确度采用平均绝对百分误差(MAPE)分析。公式如下:

  

  根据表l和表2对-年出口额的预测结果可知,常均值折扣模型所得结果的平均绝对百分误差MAPE=8.%,而由抛物线回归模型所得结果的平均绝对百分误差为9.%。由此可见这组数据中,使用贝叶斯模型预测的结果更为精确。

  对于随机波动、变化相对稳定的数据,用常均值折扣模型预测是比较精确。这里研究的贝叶斯统计预测方法,在许多领域都可能适用。在解决这类相关问题时,贝叶斯统计预测方法与传统的预测方法相比有明显优势。

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