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 群组: 09年国际数学建模群—鹰之队 群组: 数学趣味、游戏、IQ等 |
灰色预测常用的是GM(1,1)模型,该模型存在一定的缺陷,修正起来比较麻烦,另外GM(1,1)模型是一种呈指数增长的模型,其预测精度受到原始数据序列光滑离散性的限制,当原始数据序列不够光滑离散时,利用GM(1,1)模型所建立的系统预测模型精度就很差。提高GM(1,1)模型预测精度的方法较多,其中主要是对原始数据序列进行变换,增加离散数据光滑度后再进行预测。常用的改进方法有:指数加权方法、对数变换方法和开n次方变换方法。从预测结果的相对误差来看,对数变换的预测结果为最好,开平方变换的预测结果次之,指数加权变换方法较差。
% P, g2 F- N* @) `1 m% t几种灰色预测模型
$ s6 y# ^7 O9 |" w7 M* k: g1 GM(1,1)预测模型[1,2]$ K# ]" [. ]) w0 w4 y
GM(1,1)模型是对原始数据序列作一次累加生成,使生成序列呈一定规律,并用典型曲线拟合,建立其数学模型。
. ~+ o) f1 s6 ~& Z0 r' o1 ? 对已知原始数据序列X(0)={X(0)i}(i=1,2,
, E `4 e2 @9 l9 w; I…,n),首先进行一阶累加生成新序数列X(1)然后按新序数列中数据间的变化规律对X(1)建立白化形式的微分方程9 w. ~* K3 i7 m2 l9 D
! o1 t* f. o0 G% P( B6 \4 {8 s: p" w6 k
; l* h5 s1 x; y; R式中 a、u为由最小二乘法确定的参数。6 E: F4 M' [6 {* r# g' a- G; {5 L
对X(1)(k)进行逆累加生成还原,可得到X(0)(k)预测值,即为GM(1,1)预测模型
& M) A& {1 x- H ! I e) F) s& ~$ c9 ^% x& ^* n. x
2 指数加权法5 M* c1 a/ E% w8 _/ E
用指数加权方法改造原始数据序列,然后对新生成的数据序列用GM(1,1)模型预测,最后把预测数据序列还原。具体预测步骤如下:8 p/ E- l, ?1 |1 V8 _) S7 h' e
①对原始序列{X(0)(t)}按公式Y(0)(t)=αX(0)(t)+(1-α)Y(0)(t-1)(t=1,2,…,N)生成新序列{Y(0)(t)};/ Q" C' q- @: \! j- l: P; O1 r8 z
②对新序列{Y(0)(t)}应用GM(1,1)模型进行预测,得预测序列{Y(0)(t)};
6 N% j) R) S' F Q; L6 P9 |! v ③再按公式X(0)(t)=[Y(0)(t)-(1-α)Y(0)(t-1)]/β(t=1,2,…,N,N+1,…,N+L)将序列{Y(0)(t)}还原成序列{X(0)(t)};
7 F7 d" v; O" A1 `7 x- M ④在上述计算中,根据需要,可以调整α、β的值,以控制预测结果和精度。当α=β=1时,即为原GM(1,1)模型。- f8 Q& b0 G- T c2 @8 A l
指数加权方法的主要优点是,可以通过调整参数α、β的值来提高预测精度。% h1 x9 N8 a2 r w* i% a$ _2 |* n
3 对数变换法7 Z- C' V% H0 `1 \9 P" P, Q
若原数据序列{X(0)(k)}(k=1,2,…,)为不光滑离散数据序列,则对{X(0)(k)}进行对数变换可得到{lnX(0)(k)},这样往往能提高数据序列的光滑度,因而可以用GM(1,1)模型对{lnX(0)(k)}进行预测,最后通过exp{lnX(0)(k)}还原。通过这种方法,可拓广灰色系统预测的范围,提高了预测精度。0 i n- _: l, j+ D7 M- W5 ~1 `5 \
4 开n次方变换法
' z* D2 w- K8 T( @ 主要思想是对{X(0)(k)}开n次方变换得到数列{X(0)(k)1/n},对变换后的数列建立GM(1,1)模型,最后通过对预测值求n次幂还原。 m0 _* J8 |$ W% _2 S
2.5 灰色关联多因子预测模型[6~8]$ x" g& n: b8 k6 M3 h' @
{X(0)i(k)}(k=1,2,…,n;i=1,2,…,h)代表原始数据序列,相应有均值时序和均值累加生成时序。均值时序若与非齐次离散指数函数满意趋势关联,则关联多因子预测模型为 ! B9 |7 t2 e* _, j' W7 w
( x- S2 x5 `4 OX^(1)(t)=AX(1)(t)+U (t≥0)(4)1 p5 ?, O% X) o& A# g$ M
其解为7 m8 ?+ Z, p& @! x
X(1)(k)=eA(k-1)(X(1)+A-1U)-A-1U(5)
( w! e& u8 {+ m6 q/ [
( K1 q3 N# n/ g) ^+ u: P% s! L% a: ?! e; c9 T/ m! ]( ~# {
还原解为
Q; S6 p$ c% |; N# AX(0)(k)=2eA(k-1)(I+e-A)-1(I-e-A)B(6)0 }6 y1 U6 I8 p, O1 B" X( T" }1 @7 F
式中 A、B为由最小二乘法确定的参数。 |
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