Mô hình chuỗi thời gian mờ có trọng số bậc cao và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TRUYỀN THÔNG ĐẶNG THỊ THU THẢO MÔ HÌNH CHUỖI THỜI GIAN MỜ CÓ TRỌNG SỐ BẬC CAO VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn THÁI NGUYÊN - 2012 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TRUYỀN THÔNG ĐẶNG THỊ THU THẢO MÔ HÌNH CHUỖI THỜI GIAN MỜ CÓ TRỌNG SỐ BẬC CAO VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN CÔNG ĐIỀU THÁI NGUYÊN - 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tác giả luận văn Đặng Thị Thu Thảo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC Trang bìa phụ Lời cam đoan MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU iii DANH MỤC HÌNH VẼ iv MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CHUỖI THỜI GIAN .5 1.1 Các kiến thức chuỗi thời gian .5 1.1.1 Khái niệm chuỗi thời gian 1.1.2 Tính chất chuỗi thời gian 1.1.3 Phân chia chuỗi thời gian 1.2 Mô hình chuỗi thời gian 10 1.3 Mô hình hồi quy 10 1.3.1 Mô hình tự hồi quy (AR) 11 1.3.2 Mô hình trung bình trượt (MA) 12 1.1.4 Những hạn chế mô hình ARMA chuỗi thời gian tài 13 CHƢƠNG 14 MÔ HÌNH CHUỖI THỜI GIAN MỜ CÓ TRỌNG SỐ BẬC CAO 14 2.1 Tổng quan tập mờ 14 2.1.1 Tập mờ 14 2.1.2 Quan hệ mờ .16 2.1.3 Các phép toán quan hệ mờ .18 2.1.4 Suy luận xấp xỉ suy diễn mờ .18 2.2 Hệ mờ 20 2.2.1 Bộ mờ hoá .20 2.2.2 Giải mờ 21 2.3 Chuỗi thời gian mờ 22 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii 2.3.1 Một số khái niệm 22 2.3.2 Một số định nghĩa liên quan đến chuỗi thời gian mờ .23 2.4 Một số thuật toán mô hình chuỗi thời gian mờ .24 2.4.1 Một số thuật toán bậc (thuật toán sở) 24 2.4.2 Một số thuật toán bậc cao .26 2.4.3 Chuỗi thời gian mờ có trọng bậc cao 30 2.4.4 Mô hình chuỗi thời gian mờ có trọng Hui – Kuang Yu 32 2.4.5 Thuật toán bậc cao có trọng 38 CHƢƠNG 41 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CHUỖI THỜI GIAN MỜ 41 CÓ TRỌNG BẬC CAO 41 3.1 Ứng dụng toán dự báo nhiệt độ 41 3.1.1 Ứng dụng thuật toán chuỗi thời gian mờ có trọng bậc 41 3.1.2 Ứng dụng thuật toán chuỗi thời gian mờ có trọng bậc 1, bậc 45 3.2 Ứng dụng dự báo số Chứng khoán 48 3.2.1 Dự báo số chứng khoán Đài Loan 48 3.2.2 Dự báo số chứng khoán Việt Nam .56 KẾT LUẬN .62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 66 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Số lƣợng sinh viên nhập học 34 Bảng 2.2 Các nhóm mối quan hệ mờ 35 Bảng 2.3 Kết dự báo phƣơng pháp khác .36 Bảng 2.4 So sánh hiệu thuật toán 37 Bảng 3.1 Nhiệt độ trung bình từ 01.6.1996 đến 30.9.1996 .41 Bảng 3.2 Các giá trị mờ hóa 42 Bảng 3.3 Nhóm quan hệ mờ có trọng bậc 43 Bảng 3.4 Rút gọn nhóm quan hệ mờ có trọng bậc 44 Bảng 3.5 Dự báo nhiệt độ trung bình tháng 6.1996 44 Bảng 3.6 Dự báo nhiệt độ trung bình tháng 6.1996 mô hình bậc 45 Bảng 3.7 Dự báo nhiệt độ trung bình tháng 6.1996 mô hình bậc 46 Bảng 3.8 So sánh hiệu thuật toán .47 Bảng 3.9 Dữ liệu số chứng khoán TAIFEX 48 Bảng 3.10 Các giá trị mờ hóa 49 Bảng 3.11 Nhóm quan hệ mờ có trọng bậc 51 Bảng 3.12 Rút gọn nhóm quan hệ mờ có trọng bậc 52 Bảng 3.13 Kết dự báo số chứng khoán TAIFEX 53 Bảng 3.14 So sánh với phƣơng pháp dự báo khác 54 Bảng 3.15 Số liệu số VN-index tháng tháng năm 2012 56 Bảng 3.16 Các giá trị mờ hóa 57 Bảng 3.17 Nhóm quan hệ mờ có trọng bậc 59 Bảng 3.18 Rút gọn nhóm quan hệ mờ có trọng bậc 60 Bảng 3.19 Giá trị dự báo 60 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Hàm liên thuộc tập mờ “cao” .16 Hình 2.2 Cấu hình hệ mờ 20 Hình 2.3 Minh hoạ phƣơng pháp giải mờ 22 Hình 2.4 Đồ thị kết dự báo kết theo thuật toán 38 Hình 3.1 Biểu đồ so sánh giá trị dự báo bậc .48 Hình 3.2 Biểu so sánh giá trị thực giá trị dự báo 56 Hình 3.3 Biểu đồ so sánh giá trị thực tế giá trị dự báo số VN-index .62 Hình PL.1 Giao diện chƣơng trình 66 Hình PL.2 Chƣơng trình dự báo nhiệt độ .67 Hình PL.3 Chƣơng trình dự báo số VN-Index 67 Hình PL.4 Chƣơng trình dự báo số chứng khoán 68 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Khoa học máy tính ngày phát triển gắn liền với sống kinh tế xã hội Nó không việc lập trình phần mềm quản lý để vận hành máy móc số lĩnh vực cụ thể ngành công nghệ thông tin đơn Giờ việc sâu vào tính ứng dụng với khả phân tích số liệu kinh tế, xã hội cách khoa học để có đƣợc kết tính toán tối ƣu trở thành công cụ đắc lực giúp cho nhà quản lý, nhà đầu tƣ dự báo hay đánh giá đƣợc tính xác kết công việc Để có đƣợc kết đánh giá tối ƣu với tính xác cao từ kho liệu tích lũy đƣợc, đòi hỏi nhà khoa học phải tìm hƣớng tiếp cận để phân tích nhƣ dự báo số liệu phƣơng pháp phân tích chuỗi thời gian hƣớng mà nhà khoa học lựa chọn kỳ vọng Bằng công cụ hữu hiệu xác suất thống kê, phân tích chuỗi thời gian công cụ quan trọng để phân tích số liệu kinh tế, xã hội nhƣ nghiên cứu khoa học từ trích xuất thông tin quan trọng từ dãy số liệu thống kê Phƣơng pháp phân tích chuỗi thời gian trƣớc chủ yếu sử dụng công cụ thống kê nhƣ hồi qui, phân Fourie công cụ phân tích khác nhƣng kết đem lại chƣa cao Phƣơng pháp hiệu có lẽ phải kể đến phƣơng pháp sử dụng mô hình ARIMA Box-Jenkins Ƣu điểm mô hình cho kết tốt phân tích liệu đƣợc sử dụng rộng rãi thực tế Tuy nhiên số lĩnh vực kinh tế, mô hình ARIMA lại chƣa thể đƣợc tính hiệu chuỗi số liệu diễn biến mang tính chất phi tuyến Do để dự báo chuỗi thời gian kinh tế, nhà khoa học phải có cải biên nhƣ sử dụng mô hình ARCH để có đƣợc phân tích đánh giá rủi ro gặp phải Để vƣợt qua đƣợc khó khăn phân tích chuỗi thời gian, gần nhiều tác giả sử dụng mô hình chuỗi thời gian mờ Khái niệm tập mờ đƣợc Zadeh đƣa từ năm 1965 ngày tìm đƣợc ứng dụng nhiều lĩnh vực khác điều khiển trí tuệ nhân tạo Trong lĩnh vực phân tích chuỗi thời gian, Song Chissom [10-12] đƣa khái niệm chuỗi thời gian mờ không phụ thuộc vào thời gian (chuỗi thời gian dừng) phụ thuộc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vào thời gian (không dừng) để dự báo Chen [14] cải tiến đƣa phƣơng pháp đơn giản hữu hiệu so với phƣơng pháp Song Chissom Trong phƣơng pháp mình, thay sử dụng phép tính tổ hợp Max-Min phức tạp, Chen thiết lập nhóm mối quan hệ mờ qua sử dụng phép tính số học đơn giản để tính toán dự báo Phƣơng pháp Chen cho hiệu cao mặt sai số dự báo giảm độ phức tạp thuật toán Từ công trình ban đầu chuỗi thời gian mờ đƣợc xuất năm 1993, mô hình đƣợc sử dụng để dự báo nhiều lĩnh vực kinh tế hay xã hội nhƣ dự báo số sinh viên nhập trƣờng, số khách du lịch, dân số, chứng khoán đời sống nhƣ dự báo mức tiêu thụ điện, hay dự báo nhiệt độ thời tiết… Tuy nhiên xét độ xác dự báo, thuật toán cho kết chƣa cao Trong năm gần đây, số tác giả sử dụng nhiều kỹ thuật khác để tìm mô hình hữu hiệu cho chuỗi thời gian mờ Những kỹ thuật lý thuyết tính toán mềm, khai phá liệu, mạng nơ ron giải thuật tiến hoá đƣợc đƣa vào sử dụng Một số tác giả sử dụng phƣơng pháp phân cụm nhƣ công trình Chen et al [16], tập thô [4] hay sử dụng khái niệm tối ƣu đám đông nhƣ công trình [8] để xây dựng thuật toán mô hình chuỗi thời gian mờ Ngoài ra, số tác giả khác sử dụng thêm thông tin khác chứng khoán để dự báo xác số chứng khoán Từ nảy sinh mô hình chuỗi thời gian mờ loại đồng thời với chuỗi thời gian sử dụng số liệu tham số phụ để đƣa dự báo Có thể kể công trình Chu et.al [6] Một hƣớng đƣợc phát triển sử dụng mối quan hệ mờ bậc cao mô hình chuỗi thời gian mờ Chen [15] tiếp tục ngƣời đầu xây dựng đƣợc thuật toán để xử lý mối quan hệ mờ bậc cao Sau hƣớng đƣợc số tác giả khác tiếp cận ứng dụng công trình Trong công trình này, tác giả chủ yếu sử dụng thuật toán Chen nhƣng có cải tiến đôi chút việc đƣa luật khác để giải mờ Riêng Singh báo [17] xây dựng mô hình chuỗi thời gian mờ bậc cao cách mở rộng thuật toán đơn giản xây dựng công trình trƣớc Một cải tiến mô hình bậc cao dùng trọng số để nâng cao độ xác thuật toán Tƣ tƣởng tạo nhóm quan hệ mờ, nhiều không tính đến lặp lại tập mờ nhóm Để tính đến đóng góp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... 41 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CHUỖI THỜI GIAN MỜ 41 CÓ TRỌNG BẬC CAO 41 3.1 Ứng dụng toán dự báo nhiệt độ 41 3.1.1 Ứng dụng thuật toán chuỗi thời gian mờ có trọng bậc 41... thuật toán bậc cao .26 2.4.3 Chuỗi thời gian mờ có trọng bậc cao 30 2.4.4 Mô hình chuỗi thời gian mờ có trọng Hui – Kuang Yu 32 2.4.5 Thuật toán bậc cao có trọng 38... thời gian mờ Ngoài ra, số tác giả khác sử dụng thêm thông tin khác chứng khoán để dự báo xác số chứng khoán Từ nảy sinh mô hình chuỗi thời gian mờ loại đồng thời với chuỗi thời gian sử dụng số