基于模式匹配的時(shí)間序列預(yù)測方法及在冶金過程中的應(yīng)用.pdf

1、科學(xué)的預(yù)測是做出正確決策的前提和保障。時(shí)間序列預(yù)測是預(yù)測學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域?，F(xiàn)代化冶金生產(chǎn)過程中，為保證生產(chǎn)順行，要求準(zhǔn)確掌握各種參數(shù)及其變化趨勢，這些數(shù)據(jù)構(gòu)成時(shí)間序列。對這類時(shí)間序列的預(yù)測效果的好壞會影響企業(yè)的生產(chǎn)成本和效益等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。實(shí)踐表明，不同的預(yù)測方法得到的預(yù)測結(jié)果也不同。因此，在現(xiàn)有大多方法無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求的現(xiàn)狀條件下，對新方法的研究顯得十分必要。與常用的全局時(shí)間序列預(yù)測方法不同，基于模式匹配的時(shí)間序列預(yù)測方法從局部的

2、時(shí)序模式出發(fā)，尋求對預(yù)測問題的合理描述。本文集中于基于模式匹配的時(shí)間序列預(yù)測方法的研究，在實(shí)證分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了應(yīng)用嘗試。 首先對預(yù)測本質(zhì)和原理等進(jìn)行了思考，指出復(fù)雜性范式指導(dǎo)下的預(yù)測基本要素與傳統(tǒng)簡單范式相比有了較大的改變；不確定性原理和可知性原理是新范式下指導(dǎo)預(yù)測的基本原理；現(xiàn)有條件下改善預(yù)測現(xiàn)狀的出路集中于預(yù)測方法的研究。對已有方法的觀察發(fā)現(xiàn)，大部分方法都屬于全局預(yù)測方法，從全部或較大一部分歷史數(shù)據(jù)中提取規(guī)律后，直接外推

3、應(yīng)用于預(yù)測，而基于模式匹配的時(shí)間序列預(yù)測方法將時(shí)間序列劃分成不同的模式序列，然后通過相似性判據(jù)來度量模式間的相似程度，據(jù)此來確定與當(dāng)前時(shí)序模式相匹配的歷史時(shí)序模式，從而做出預(yù)測。其處理過程直觀，既遵循人類認(rèn)識事物的基本原理，也符合預(yù)測原理，有可能緩解由于預(yù)測對象結(jié)構(gòu)變化所帶來的預(yù)測局限。 在已有文獻(xiàn)工作的基礎(chǔ)上，給出了基于模式匹配的時(shí)間序列預(yù)測方法的一般框架，并對各主要步驟的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述；給出了各核心步驟的一般算法。在形狀

4、模式的概念框架下給出了3種基于模式形狀相似的時(shí)間序列預(yù)測方法。時(shí)間序列預(yù)測問題本質(zhì)是基于歸納的，屬于數(shù)據(jù)建模范疇。利用本文給出的三種方法對五組常用時(shí)間序列數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果表明：其預(yù)測結(jié)果的好壞依賴于所給的數(shù)據(jù)和方法；選用不同的評價(jià)指標(biāo)得到的預(yù)測效果評判存在不同程度的差異。對高爐鐵水硅含量的預(yù)測結(jié)果也支持這一結(jié)論。 理論評價(jià)和選擇是科學(xué)研究程序中一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，提出了用于預(yù)測評價(jià)和模型選擇的科學(xué)性、實(shí)用性、簡便性原則。對高爐鐵水

5、硅含量預(yù)測案例的研究表明：評價(jià)指標(biāo)選擇決定預(yù)測效果的評價(jià)結(jié)論和模型選擇；常用的高爐鐵水硅含量預(yù)測命中率指標(biāo)存在局限，硅含量預(yù)測值和實(shí)測值之間的相關(guān)系數(shù)及其檢驗(yàn)是一個(gè)表征預(yù)測的科學(xué)性的客觀判據(jù)；人工預(yù)測和隨機(jī)游走模型可以作為預(yù)測實(shí)用性和簡便性判據(jù)選擇的基準(zhǔn)。對本文所用方法的評價(jià)表明：當(dāng)預(yù)測14爐重鋼高爐鐵水硅含量時(shí)，基于Sr度量的模式匹配時(shí)間序列預(yù)測方法滿足科學(xué)性要求，當(dāng)預(yù)測爐數(shù)為68時(shí)，基于Sr度量的模式匹配時(shí)間序列預(yù)測方法（窗口長度為