时间序列趋势外推预测
时间序列之趋势外推模型及可能用到的excel函数
时间序列之趋势外推模型及可能用到的excel函数在对未来趋势预测过程中，可能用到的excel函数趋势外推分析预测是时间序列分析中的传统分析方法。
基本思想是：从历史数据中提炼出其发展规律，并通过趋势的外推对未来进行预测，趋势外推的方法是基于回归分析，它把研究观测值序列看做回归模型中的因变量，而时间作为模型的自变量。
步骤：1、对已有的时间序列数值，进行excel作图。
2、依据图形，选择趋势线(线性、指数、多项式、幂函数等等)，进行拟合(运用拟合优度R Square,进行判断趋势外推模型精度)3、选择适当的回归函数，对未来进行预测(有时将不同的回归函数混合使用，讲各自的预测值，作为置信上线与置信下线。
)增长曲线中最典型的就是指数曲线，其模型：y=ab^t,其中y是时间序列Y 的趋势预测值，t为时间标号，a是时间标号为0时y的数值，b为平均发展速度，用以描述时间序列曲线在整个观察期内的平均发展程度。
一、线性回归函数FORECAST函数FORECAST用途：根据一条线性回归拟合线返回一个预测值。
使用此函数可以对未来销售额、库存需求或消费趋势进行预测。
语法：FORECAST(x，known_y's，known_x's)。
参数：X为需要进行预测的数据点的X坐标(自变量值)。
Known_y's是从满足线性拟合直线y=kx+b的点集合中选出的一组已知的y 值，Known_x's是从满足线性拟合直线y=kx+b的点集合中选出的一组已知的x值。
实例：公式"=FORECAST(16，{7，8，9，11，15}，{21，26，32，36，42})"返回4.378318584。
trend函数返回一条线性回归拟合线的值。
即找到适合已知数组known_y's和known_x's的直线(用最小二乘法)，并返回指定数组new_x's在直线上对应的y 值。
语法TREND(known_y's,known_x's,new_x's,const)Known_y's是关系表达式y=mx+b中已知的y值集合。
5时间序列趋势外推预测
1
^
yn
1
^
yn
1
yn1
n
1
^
yn
1
yn1
^
yn
1
n
1
9.2 有非水平趋势样本序列的趋势外推法
• 如果时间序列是均值缓慢变动的，则使用局部均值模型。
• 1.加权滑动平均预测法
• 滑动平均预测
• 对时间序列
y1 y2 L yn 要外推预测值为
记 yn1
^
yn 1
^
yn 1
yn yn1 L ynN1
• （2）如果时间序列具有迅速且明显的变动倾向， 则a就取大一点，如（0.6~0.8）。
• 在实用上，类似移动平均法，多取几个a值进行试 算，看哪个预测误差小，就采用哪个。
年份
1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987
例7 某市1976~1987年某种电器销售额如下表所示。试
• 在加权平均算法中，如果所加权数随数据的时限增长而几何方式减小，
则
yt 1
的预测值
^
yn
可以写为：
•
^
n1
yn 1 C t ynt
其中C
n1
t
1由于
t0
t0
n1 t
1n 1
t0
则C
1 1n
^
n1
yn 1 1 t yn j 1 yn yn1 2 yn2 L
j0
• 令 1 则：
^
yn 1
yn 1 yn1 1 2 yn2 L
简化得到一次指数平滑公式为：
^
y (1) t
时间序列分解法和趋势外推法
时间序列分解法和趋势外推法时间序列分解法和趋势外推法是两种常用的时间序列分析方法。
时间序列分析是一种用来预测未来数据趋势和周期性的统计学方法。
时间序列分解法是一种将时间序列数据分解成趋势、周期性和随机成分的方法。
它的基本假设是时间序列数据是由多个不同的组成部分构成的，通过将这些组成部分分离出来，我们可以更好地理解数据的特征和行为。
常用的时间序列分解方法有加法模型和乘法模型。
加法模型将时间序列数据分解为趋势、周期性和随机成分的和。
趋势指的是数据的长期演变趋势，周期性表示数据在一段时间内出现的重复模式，而随机成分则代表了无法归因于趋势和周期性的随机波动。
加法模型的优点是适用于各种类型的时间序列数据，并且容易理解和解释。
乘法模型将时间序列数据分解为趋势、周期性和随机成分的乘积。
乘法模型假设趋势和周期性分量与数据的幅度成比例，这意味着它适用于数据波动较大的情况。
与加法模型相比，乘法模型更适用于数据幅度随时间变化的情况。
趋势外推法是一种基于时间序列数据的趋势进行未来预测的方法。
它假设趋势是时间序列数据最主要的特征，通过拟合趋势线并对其进行外推，我们可以预测未来数据的变化趋势。
趋势外推法常用的方法包括线性趋势外推和指数趋势外推。
线性趋势外推假设趋势是线性的，即数据随时间的变化呈现线性增长或减少的趋势。
通过线性拟合找到数据的趋势线，然后根据趋势线的斜率和截距，预测未来数据的变化趋势。
线性趋势外推是最简单的趋势外推方法，但它假设趋势是恒定的，忽略了数据的非线性特征。
指数趋势外推假设趋势是指数增长或指数衰减的，即数据呈现幂函数的趋势。
通过拟合指数增长或衰减曲线找到数据的趋势线，然后根据趋势线进行未来数据的预测。
指数趋势外推较线性趋势外推更灵活，能够更好地适应不同的趋势模式。
总之，时间序列分解法和趋势外推法是时间序列分析的常用方法。
时间序列分解法可以将数据分解成趋势、周期性和随机成分，帮助我们更好地理解数据的特征和行为。
第7章趋势外推预测方法
趋势外推法的假设条件： (1)假设事物发展过程没有跳跃式变化，即事物的发展变化是渐进型的。 (2)假设所研究系统的结构、功能 等基本保持不变，即假定根据过去资料 建立的趋势外推模型能适合未来，能代 表未来趋势变化的情况。
第1节 指数曲线法
指数曲线模型 （7.1.1） 对式（7.1.1）两端取对数，得 令 则 这样就把指数曲线 模型转化为直线模型
在利用包络曲线预测时首先要建立包络曲线，具体步骤为： 第一步：分析各类预测对象的预测参数的发展趋势； 第二步：求出各技术单元功能相对增长速度最快的点（xi，yi），i=1，2，…，m； 第三步：绘制包络曲线，即在点（ xi，yi ）处与i（i=1，2，…，m）技术单元曲线相切的曲线。
二、应用范围 某项技术发展的前期阶段，采用包络曲线对技术发展进行深入研究，可以外推出新的远景技术，从而可以未雨绸缪，提前完成技术贮备，以便及时进行技术更新。 当某一技术的发展趋于极限时，采用包络曲线外推可能出现的新技术。 用包络曲线外推未来某一时刻的特性参数水平，借以推测将会出现那种新技术。 验证决策中制定的技术参数是否合理。如果拟定的参数在包络曲线之上，则可能有些冒进，如在其下则可能偏于保守。合理的技术参数应与包络曲线相吻合，偏高偏低皆需调整。
0
y
a
t
表7.1.1 指数曲线模型差分计算表
第2节 修正指数曲线法
修正指数曲线预测模型 （7.2.1） 式中：a、b、c为待定参数。 为求出a、b和c三个参数，可应用分组法。通常的做法是先把整个时间序列数据分成三组，使每组数据个数相等，然后通过各组数据之和求出参数的具体数值。
表7.2.1 修正指数曲线模型差分计算表
第3节 生长曲线法
生物的生长过程一般经历发生、发展、成熟到衰老几个阶段。发生初期成长速度较慢；发展时期生长速度则较快；成熟时期，生长速度由达到最快而后逐渐变慢，到衰老期则几乎停止生长。 指数曲线模型不能预测接近极限值时生物生长的特性值，因为趋近极限值时，生物生长特性值已不按指数规律增长。描述生物生长过程可以考虑运用形状近似于S型的曲线（称为S曲线）。 本节主要介绍两种最为常用的生长曲线 龚珀兹曲线 皮尔曲线。
趋势外推法法
第四节 趋势外推法趋势外推法，也称趋势延伸法，是根据预测目标的历史时间序列所揭示的变动趋势外推到未来以确定预测值的时序预测法。
可分为随手作图法，拟合直线方程法、拟合曲线方程法。
一、随手作图法这种方法是选定时间作为横轴，预测目标量作为纵轴，先按时间序列数据作出散点图。
然后根据备散在点所显示的趋势走向图形(直线或某种曲线)，运用直尺或曲线板随手画出一条沿各个点拟合度最佳的直线或曲线，并加以延伸，得出待预测时间对应的预测值。
该方法简便易行，不用建立数学模型，预测效果良好。
但这种方法全凭预测者的观察力和作图技巧，它直接影响到预测的精度。
二、拟合直线方程法这种方法是根据呈线性变动趋势的时间序列，拟合出直线方程bx a Y +=∧，再利用方程进行预测外推，得出预测结果。
直线方程bx a Y +=中，x 为按整数序编号的时间序列，Y 为预测目标量，a 、b 为参数。
设时刻为i x 时，对应的观察值为i Y ，n i ,,2,1 =。
根据这些数据我们要利用最小二乘法拟合出一条直线方程bx a Y +=∧即确定参数a 、b ，使拟合偏差i i Y Y ∧-的平方和∑∧-=22)(i i Y Y S 最小。
由微分法，令02=∂∂a S ，02=∂∂bS ，解之可得到∑∑---=-=x b Y x nb Y n a i i 11 （4-13） ∑∑∑∑∑--=22)())((i i i i i i x x n Y x Y x n b （4-14）当时间序列是整数项时，我们取i x 的中间项为0，其余按下列取值 …，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，… （中间项）例如 n=7时，i x 分别取为-3，-2，-l ，0，1，2，3七个数值。
这样规定i x 取值后，n 为奇数时有∑=0i x ，则计算参数a 、b 的公式可以简化为∑==-i Y nY a 1（4-15）∑∑=2ii i xY x b （4-16） 例8 某市五金公司1978年到l984年销售额资料为 年份 l978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 销售额 4923 5811 7171 8248 8902 9860 l0800(万元)试预测l985、1986两年的销售额。
第三章趋势外推预测法
❖ 初始平滑值的确定：
（1）当原数列的数值个数较多时 （n>15），由于经过多次平滑运算，初 始值对指数平滑值影响逐步减弱到极小 的程度，可以忽略不计，所以可以选用 第一期观察值作为初始平滑值S0=Y1
❖ （2）当原序列的数值个数较少时， n<15，可以选用最初几期的平均数作为 初始平滑值,一般是前3-5个数据的算术 平均数。
Ft+T=at+btT
T为预测的长度。 N为移动项数。
注意：输出区域此时的选择
❖ 建立预测方程： F11+T=202.75+8.5T
3、指数平滑预测法
指数平滑法是用过去的时间序列的加权平均数 作为预测值，是加权移动平均法的一种特殊 形式，由美国经济学家布朗（Robert G.Brown）于1959年在其著作《库存管理的 统计预测》中提出来的。
❖ 例：假定1993-2008年产品C销售情况如表所 示，试用指数平滑法预测2009年的产品销售 量。
❖ 方法1： ❖ 直接计算：先计算指数平滑再进行预测。
❖ 假定初始平滑值S0=97，以平滑系数=0.3为例。
❖ 方法2: ❖ Excel实现： ❖ 工具—数据分析——指数平滑
注意： （1）默认的初始平滑值是原始数据的第一项。 （2）阻尼系数=1-a （3）最后一期平滑值需要再重新计算一下。 （4）注意输出区域的选择。
指数平滑公式：St(1) =aYt+(1-a)St-1
St(1) ：t时期的一次指数平滑值。a平滑系数
（0< a<1)；Yt为t时期的观察值。 ❖ 预测公式： St=Ft+1：第t 期的指数平滑值作
为第t+1期的预测值。
因此，上式可写成：Ft+1= aYt+(1-a)Ft T=1,2,3,4….n。
时间序列分解法和趋势外推法讲义
时间序列分解法和趋势外推法讲义一、时间序列分解法时间序列分解法是将一个时间序列数据分解为几个不同的成分，从而更好地理解和预测时间序列的趋势和季节性。
时间序列可以包含趋势（Trend）、季节性（Seasonality）、周期性（Cyclical）和随机性（Irregularity）等多个成分。
时间序列分解法的步骤如下：1. 平滑法：首先对原始数据进行平滑操作，以去除季节性和随机性的影响。
常用的平滑方法有简单平均法、加权平均法和指数平滑法等。
2. 趋势估计：通过对平滑后的序列进行趋势估计，得到时间序列的趋势线。
常用的趋势估计方法有移动平均法、自回归法和多项式拟合法等。
3. 季节性调整：将平滑后的序列减去趋势线，得到季节性成分。
季节性成分可以用于对未来季节性的预测。
4. 周期性调整：将季节性成分减去周期性成分，得到去除季节性和周期性的序列。
5. 随机性分析：对去除季节性和周期性的序列进行随机性分析，以检查是否存在随机性波动。
时间序列分解法的优点是能够更好地理解时间序列的组成成分，并且能够提供对未来趋势和季节性的预测。
然而，该方法的缺点是对于包含较多周期性成分的序列，可能无法准确地分解出趋势和季节性等成分。
二、趋势外推法趋势外推法是利用时间序列数据中的趋势成分进行未来数值的预测。
该方法假设时间序列的趋势相对稳定，根据过去的趋势发展，推断未来的发展方向。
趋势外推法的步骤如下：1. 趋势估计：首先对时间序列进行趋势估计，得到趋势线。
常用的趋势估计方法有移动平均法、自回归法和多项式拟合法等。
2. 趋势外推：根据趋势线的发展趋势，预测未来的数值。
可以利用历史数据的增长速率进行线性外推，也可以利用拟合的趋势函数进行非线性外推。
趋势外推法的优点是简单易用，速度快，适用于短期或趋势相对稳定的预测。
然而，该方法的缺点是对于趋势波动较大或突变的时间序列，预测结果可能存在较大的误差。
三、实施过程实施时间序列分解法和趋势外推法的具体步骤如下：1. 收集时间序列数据：收集需要分析和预测的时间序列数据，可以是销售数据、股票交易数据等。
第四章：需求预测：时间序列分解法和趋势外推法(旅游地理学(PPT))
4.6 曲 线 拟 合 优 度 分 析
一、曲线的拟合优度分析
如前所述，实际的预测对象往往无法 通过图形直观确认某种模型，而是与几种 模型接近。这时，一般先初选几个模型， 待对模型的拟合优度分析后再确定究竟用 哪一种模型。
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拟合优度指标： 评判拟合优度的好坏一般使用标准误差来作 为优度好坏的指标：
解这个四元一次方程就可求得参数。
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4.4 指 数 曲 线 趋 势 外 推 法
一、指数曲线模型及其应用 指数曲线预测模型为：
yt = aebt
(a > 0)
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t = aebt 做线性变换得： 对函数模型 y
ln yt = ln a + bt
令
Yt = ln yt , A = ln a
进行预测将会取得较好的效果。
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二、三次多项式曲线预测模型及其应用 三次多项式曲线预测模型为：
yt = b0 + b1t + b2t + b3t
2
3
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y 设有一组统计数据 y1 ，y2 ，…， n ，令
Q(b0 , b1 , b2 , b3 ) = ∑ ( yt yt ) = ∑ ( yt b0 b1t b2t 2 b3t 3 ) 2 = 最小值
（2）假定事物的发展因素也决定事物未来的发展， 其条件是不变或变化不大。
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二 、趋势模型的种类 多项式曲线外推模型： 一次（线性）预测模型：
y t = b 0 + b1t
y t = b 0 + b1 t + b 2 t 2 二次（二次抛物线）预测模型：
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• 最小均方误差原则：选出最小的 (n0 ) • 最后，选出用于预测的公式：
n n0
yˆT 1
1 n0
( yT
yT 1
y ) T n0 1
（2）加权滑动（移动）平均法
• 加权（权重系数）：
0 ,1, , N 1 i
的选择，同样具 有一定的经验性
• 加权移动平均公式：
yˆ n
(1)
yˆt1 yˆt ( yt yˆt )
et yt yˆt
yˆt1 yˆt et
如何改进预测效果
• 利用计算机自动选定权数 • 权数随实际数据的变化而更新
指数平滑法
• 一次指数平滑公式：
St(1) yt (1 )St(11)
• 其中有两个变量：
0 1
* *
参变量 初值的确定：
(1 ) j 0, j 0,1,2,
0.1, 1 0.9
时间序列数据波动较大 0.6 0.8
拟合误差
• 误差:
et ( ) ˆ yt yˆt
• 均方误差：
T
E(
ห้องสมุดไป่ตู้
)
1 T
( yˆt yt )2
t 1
指数平滑预测公式
• 选取 ，计算 E( )
• 比较大小 E( )
• 最小均方误差原则：选出最小的 0
S (1) 0
y1
S0(1)
y1
y2 3
y3
3 、指数平滑法
• (1)预测公式：
yˆn (1) yˆn1 yn(1 ) yˆn1(1) 0 1
• 其展开式：
j (1) j
指数平滑公式展开式
yˆn (1) yn (1 ) yn1 (1 )2 yn2 (1 )n1 y1 (1 )n yˆ0 (1)
(1 ) j 0, j 0,1,2,
yn1
ynN 1),
其中N为滑动时段长
• （2）作用：《1》可作短期预测；
•
《2》作趋势预测。
• （3）举例P118 见Excel滑动平均P119
移动平均法
• 计算结果 实际值 用移动平均公式计算的拟合值
y n 1
yn2
…
yT
• 误差：
yˆ n1 yˆ n 2
…
yˆT
et (n) ˆ yt yˆt
散点图
• 散点图： 将时间序列描在t-y坐标平面上所得 到的图形 yt
0
t
动态曲线
• 动态曲线 用折线或曲线把散点图中的点连接起来
yt
yytt
0
t
时间序列预测方法
• 时间可比性 • 指标可比性
第一节 基本思想
• 1 、承认事物发展的延续性； • 2 、承认事物发展的不规律性 • （在某些时段）。
对理论估计值的评价
• 拟合误差：是一个数量标准 衡量、评价理论估计值 yˆt 的准确
性； 判断预测方法优劣。
拟合误差公式：
(n) E(n)
均方误差
T
E(n)
1 T n
( yt yˆt (n))2
t n1
评价与判断
• 取若干个移动平均项n，分别计算各 个理论估计值的误差 E(n) 或 (n)
（2）初值的确定
《1》数据较多，初值对计算结果影响
并不大， yˆ0 (1) y1
《2》数据不多，初值对计算结果影响较大
yˆ y1 y2 y3
1
3
• （3）作用： • （4）举例P122见Excel
（5）指数平滑系数的确定
• 两个变量取值的确定：
* 参变量（指数）
0 1
原则：时间序列数据平缓 0.1 0.3
• 已知{y1,y2,…,yn}时间序列，若其 中各期数据对预测期的影响程度不 同，则可根据这些数据的重要程度 给定一个权数：
•
i >0,
n
i 1
1
• 预测公式：
n
yˆn (1) yˆn1 i yi
1
二、滑动（移动）平均法
• 已知： 某经济指标的指标值时间序列
yt (t 1,2, ,T )
• 影响时间序列的各种因素 长期趋势 Tt 季节变动 St 循环变动 Ct 不规则变动 It
四、时间序列的组合形式
• 时间序列的组合形式 加法型：yt Tt St Ct It
乘法型： yt Tt • St • Ct • It 混合型： yt Tt • St Ct It
yt Tt St • Ct • It
一、认识时间序列
• 时间序列 某种统计指标的数值，按照时间的 先后顺序排列起来的数列。
• 时间序列数值的表示: yt y表示某统计指标，t表示时间
{y1, y2 , yt}
表示一个时间序列
二、时间序列的类型
• 水平时间序列 • 趋势时间序列 • 季节性时间序列 • 周期性时间序列
三、时间序列分析
0
yn
0
1 yn1 1
N 1 ynN 2 nN 1
1
问题
• 权数 i 的选择：具有一定的经验性；
依赖于预测者对时间序列所做的了解和 分析而确定
再次修正理论估计值
• 变权 ：
* 考虑了各个时期指标值的重要性； * 使用全部的历史资料； * 充分利用计算机寻找到合适的
权重系数
• 判断 yt 是否是水平时间序列？ • 判断方法：
直观：在t-y平面绘制散点图或动态曲线 直接计算： yt y / y 30%
1、简单滑动（移动）平均法
•（1）计算公式：已知{y1,y2,…,yn}时 间序列，设yn+1的预测值用 yˆn (1) 表示，
•则公式：yˆn (1)
1 N
( yn
• 最后，选出用于预测的公式：
yˆt1 0 yt (10 ) yˆt
yˆt1 yˆt 0et ( )
指数平滑预测公式
• 预测的公式：
yˆT 1 0 yT (10 ) yˆT yˆT 1 yˆT 0eT ( )
分析与评价
• 不必存储很多历史数据 • 考虑了各期数据的重要性 • 使用了全部历史时期的数据
(1 ) j (1 ) (1 )t1
j
•1 1(1 )
1
指数平滑公式还可表达为如下 形式：
yˆn (1) yn (1 )[ yn1 (1 )1 yn2 (1 )n2 y1] yn (1 ) yˆn1(1) yn yˆn1(1) yˆn1(1) yˆn1(1) [ yn yˆn1(1)]
第二节 预测方法
• 移动平均法 • 指数平滑法
一、平均预测法
• 1 、算术平均法： • （1）若已知{y1,y2,…,yn}时间序列，
可用公式预测n+1期的值 • 公式：
yˆn (1) yˆn1 ( yn yn1 ... y1) / n • （2）优点： • （3）缺点：
2 、加权平均预测法