(Luận văn thạc sĩ) xây dựng mô hình dự báo chuỗi thời gian bậc cao và thử nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỖ ĐIỆN SÁNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO CHUỖI THỜI GIAN BẬC CAO VÀ THỬ NGHIỆM h Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01.01 Người hướng dẫn: TS LÊ XUÂN VIỆT LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Học viên Đỗ Điện Sáng h LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đề tài luận văn thạc sĩ cách hoàn chỉnh, bên cạnh nỗ lực cố gắng thân cịn có hướng dẫn nhiệt tình q Thầy Cô, động viên ủng hộ gia đình bạn bè suốt thời gian học tập nghiên cứu thực luận văn thạc sĩ Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy TS Lê Xuân Việt người hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành luận văn Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến tồn thể q thầy khoa Khoa học máy tính – Trường Đại học Quy Nhơn tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu thực đề tài luận văn Bản thân nỗ lực nhiều, chắn khơng tránh khỏi h thiếu sót, tồn tại, em mong nhận cảm thông, dẫn, đóng góp ý kiến q thầy cơ, bạn đồng nghiệp Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn đến gia đình, anh chị bạn đồng nghiệp hỗ trợ cho nhiều suốt trình học tập, nghiên cứu thực đề tài luận văn thạc sĩ cách hoàn chỉnh Bình Định, tháng 10 năm 2020 Học viên thực Đỗ Điện Sáng MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết cấu luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO VÀ CHUỖI THỜI GIAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO h 1.1.1 Khái niệm dự báo 1.1.2 Đặc điểm dự báo 1.1.3 Các loại dự báo 1.1.4 Quy trình dự báo 1.2 TỔNG QUAN VỀ CHUỖI THỜI GIAN 1.2.1 Chuỗi thời gian trình ngẫu nhiên 1.2.2 Quá trình ARMA 12 1.2.3 Ước lượng tham số mơ hình ARMA 13 Kết luận Chương 15 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO CHUỖI THỜI GIAN MỜ BẬC CAO 17 2.1 SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT TẬP MỜ VÀ ĐẠI SỐ GIA TỬ 17 2.1.1 Lý thuyết tập mờ 17 2.1.2 Đại số gia tử 18 2.2 MƠ HÌNH DỰ BÁO CHUỖI THỜI GIAN MỜ 22 2.2.1 Một số khái niệm mơ hình dự báo chuỗi thời gian mờ 22 2.2.2 Mơ hình dự báo Song Chissom 23 2.2.3 Mô hình dự báo Chen 24 2.3 MƠ HÌNH DỰ BÁO THEO TIẾP CẬN ĐẠI SỐ GIA TỬ 25 Kết luận Chương 35 CHƯƠNG CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 36 3.1 MƠ TẢ BÀI TỐN 36 3.2 LỰA CHỌN NGÔN NGỮ 37 3.3 CÁC GIAO DIỆN CHÍNH 40 3.4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 50 Kết luận Chương 522 KẾT LUẬN CHUNG 533 h DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 555 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (bản sao) DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Sản lượng xăng dầu tiêu thụ theo tháng (từ năm 2018 đến 2019) 26 Bảng 2.2: Giá trị đầu giá trị cuối khoảng giải nghĩa chọn 33 Bảng 3.1: Sản lượng xăng dầu tiêu thụ theo tháng (từ năm 2018 đến 2019) 37 Bảng 3.2: Kết dự báo dựa đại số gia tử 51 h MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chúng ta biết dự báo tiên đoán kiện xảy tương lai, tiên đốn tiên đốn có khoa học khơng khoa học, tức tiên đốn khơng có sở, thường dựa vào cảm tính – nhận thức chủ quan cá nhân Để có dự báo khoa học, đảm bảo độ tin cậy cao dự báo phải dựa sở kiện khứ sử dụng số mơ hình tốn học để dự đốn kết tương lai Và mơ hình chuỗi thời gian cách tiếp cận dự báo sử dụng cơng cụ hữu hiệu để phân tích kinh tế, xã hội nghiên cứu khoa học Dự báo chuỗi thời gian nhiều nhà khoa học giới h quan tâm, với nhiều mơ hình đưa mơ hình tính tốn nhóm quan hệ mờ Q Song B S Chissom, mơ hình dự báo với phép tính số học đơn giản Chen, hay đại số gia tử tiếp cận tác giả N.C.Ho W Wechler xây dựng vào năm 1990, 1992 hoàn toàn khác biệt so với tiếp cận mờ Đại số gia tử sử dụng để mô biến ngơn ngữ có cấu trúc ngữ nghĩa, đó, phép mờ hóa phép giải mờ thay phép ngữ nghĩa hóa phép giải nghĩa tương ứng đơn giản hơn,… Những ứng dụng mơ hình chuỗi thời gian bậc cao vào số tốn cụ thể lĩnh vực kinh tế, cơng nghệ thông tin điều khiển cho số kết quan trọng khẳng định tính ưu việt tiếp cận so với công cụ truyền thống Do đó, việc tìm tịi, xây dựng mơ hình dự báo chuỗi thời gian có độ xác cao với thuật tốn đơn giản có ý nghĩa hiệu việc ứng dụng vào dự báo Và lý mà lựa chọn thực đề tài“Xây dựng mơ hình dự báo chuỗi thời gian bậc cao thử nghiệm” Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Tổng hợp kiến thức dự báo, chuỗi thời gian trọng tâm xây dựng mơ hình dự báo chuỗi thời gian bậc cao Cài đặt thử nghiệm cho mơ hình xây dựng Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Tìm hiểu khái niệm liên quan đến lý thuyết dự báo, chuỗi thời gian mơ hình chuỗi thời gian bậc cao - Tìm hiểu số thuật tốn mơ hình chuỗi thời gian, đặc biệt ứng dụng mơ hình dự báo chuỗi thời gian bậc cao vào thử nghiệm - Tính tốn thử nghiệm cho chuỗi liệu số sản lượng tiêu thụ xăng dầu Cửa hàng 01 – Petrolimex thuộc Cơng ty xăng dầu Bình Định mơ hình h - Các cơng cụ lập trình Phương pháp nghiên cứu - Với đề tài này, lựa chọn phương pháp nghiên lý thuyết phương pháp nghiên cứu thực tế mang tính ứng dụng cao, cụ thể tích hợp hai phương pháp định lượng định tính để làm tăng độ xác cho tốn dự báo, mà đặc biệt toán dự báo khoảng thời gian ngắn dự báo với liệu theo tháng theo quý - Tổng hợp phân tích dựa tài liệu thu thập từ sách, báo, tạp chí, nghiên cứu, kỷ yếu hội thảo,… - Thử nghiệm đánh giá mơ hình Kết cấu luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, luận văn có cấu trúc chương sau: - Chương 1: Tổng quan dự báo chuỗi thời gian Chương giới thiệu lý thuyết dự báo khái niệm, đặc điểm loại dự báo; lý thuyết chuỗi thời gian, cụ thể khái niệm chuỗi thời gian trình ngẫu nhiên, trình ARMA Bởi việc thiết lập mơ hình dự báo chuỗi thời gian bậc cao lý thuyết cần phải quan tâm, để áp dụng dự báo thành cơng phải hiểu tối đa lĩnh vực dự báo - Chương 2: Xây dựng mơ hình dự báo chuỗi thời gian mờ bậc cao Mô tả sơ lược lý thuyết tập mờ đại số gia tử, đặc biệt chương viết mơ hình dự báo chuỗi thời gian mờ mơ hình dự báo Song Chissom, mơ hình dự báo Chen, mơ hình dự báo chuỗi thời gian mờ theo tiếp cận đại số gia tử Theo đó, giới thiệu bước xây dựng mơ hình dự báo chuỗi thời gian mờ theo tiếp cận đại số gia tử, áp dụng liệu toán dự h báo sản lượng tiêu thụ xăng dầu Cửa hàng 01– Petrolimex thuộc Công ty xăng dầu Bình Định vào bước tính để tìm kết dự báo tối ưu - Chương 3: Cái đặt thử nghiệm Qua bước áp dụng xây dựng mơ hình dự báo sản lượng tiêu thụ xăng dầu chương 2, cho thấy cách tiếp cận theo đại số gia tử cho toán dự báo chuỗi thời gian phụ thuộc nhiều yếu tố: độ đo tính mờ gia tử, số nhãn ngôn ngữ sử dụng (tương ứng số khoảng chia đoạn), tham số giải nghĩa… Do đó, để kiểm tra hiệu phương pháp, thử nghiệm mơ hình chương Chương này, chúng tơi tiến hành mơ tả tốn cách kỹ lưỡng qua số liệu sản lượng tiêu thụ xăng dầu theo tháng hai năm liên tiếp Áp dụng ngơn ngữ lập trình Python để “làm sạch” dự liệu hỗ trợ cho việc đánh giá kết cuối CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO VÀ CHUỖI THỜI GIAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO 1.1.1 Khái niệm dự báo Dự báo tiên đoán xu hướng vận động tượng, việc xảy tương lai, dựa sở phân tích cách khoa học số liệu thu thập khứ Dự báo dự báo mang tính chất xác nhờ vào số mơ hình tốn học (định lượng), dư báo dự đoán chủ quan, trực giác (định tính) Dù dự báo mang kết cuối nào, thuộc tư người, người hướng tương lai Và thời đại bùng nổ công nghệ thông tin, dự báo lại đóng vai trị quan trọng nữa, h nhu cầu thơng tin thị trường, tình hình phát triển tương lai ngày cao, đồng thời phương pháp mô dự báo hiệu nhờ hỗ trợ máy tính Chính mà dự báo sử dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, lĩnh vực có yêu cầu dự báo riêng nên phương pháp dự báo sử dụng khác Hiện nay, dự báo với tư cách ngành khoa học độc lập, có hệ thống lí luận, phương pháp luận phương pháp riêng nhằm nâng cao tính hiệu dự báo Nếu có hoạch định rõ ràng, phương pháp tiếp cận hiệu nhà quản trị cho kết dự báo xác, phương pháp dự báo mà đề cập đến đề tài phương pháp phân tích dựa liệu chuỗi thời gian Các nghiên cứu liên quan đến liệu chuỗi thời gian dự báo có nhiều, đa dạng, nhiều lĩnh vực khác Trong luận văn tóm tắt số nghiên cứu liên quan tiêu biểu dựa vào mơ hình tự hồi quy AR (Auto Regressive)