hệ hỗ trợ dự báo doanh thu cửa hàng sử dụng mô hình arima

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN TOÁN ỨNG DỤNG VÀ TIN HỌC PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG HỆ HỖ TRỢ DỰ BÁO DOANH THU CỬA HÀNG SỬ DỤNG MƠ HÌNH ARIMA Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: TS Lê Chí Ngọc Tốn Tin K61 Hà Nội – 2020 LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển công nghệ thông tin việc ứng dụng công nghệ thông tin nhiều lĩnh vực đời sống, kinh tế xã hội nhiều năm qua đồng nghĩa với lượng liệu quan thu thập lưu trữ ngày tích lũy nhiều lên Một vấn đề đặt làm để tổ chức, khai thác khối liệu khổng lồ đa dạng thành tri thức có ích? Trong kinh doanh, nhà quản lý phải lên kế hoạch cho giúp doanh nghiệp thu lợi nhuận cao Tuy nhiên với số lượng lớn liệu qua nhiều khứ việc tính tốn trở nên khó khăn Hiểu vấn đề tầm quan trọng việc đưa định, nhà phát triển nghiên cứu tạo nên phần mềm dự báo doanh thu nhằm hỗ trợ nhà quản lý việc đưa định quan trọng cho doanh nghiệp Vì vậy, báo cáo này, em phân tích thiết kế hệ thống “Dự báo doanh thu cửa hàng” nói riêng với phần sau:  Khảo sát hệ thống  Phân tích hệ thống  Thiết kế hệ thống Em xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Chí Ngọc giúp đỗ em hoàn thiện báo cáo Mặc dù nỗ lực cố gắng trình học tập hoàn thiện báo cáo, có nhiều hạn chế mặt kiến thức kinh nghiệm nên khó tránh khỏi thiết sót Vậy nên em mong nhận góp ý, đánh giá từ Thầy bạn để báo cáo hệ thóng hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Phạm Thị Ngà MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I KHẢO SÁT HỆ THỐNG .4 1.1 Khảo sát trạng 1.2 Đặc tả yêu cầu toán .6 1.3 Yêu cầu sản phẩm 1.4 Tổng quan chuỗi thời gian mơ hình ARIMA 1.4.1 Chuỗi thời gian .6 1.4.2 Mơ hình ARIMA 1.5 Dữ liệu thực nghiệm CHƯƠNG II PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 10 2.1 Biểu đồ phân cấp chức 10 2.2 Sơ đồ luồng liệu 11 2.2.1 Biều đồ luồng liệu mức ngữ cảnh 11 2.2.2 Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh 11 2.2.3 Biểu đồ mức đỉnh .12 2.3 Kiến trúc hệ thống 13 CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG 14 3.1 Hệ thống 14 3.2 Kiến trúc phần mềm 14 3.2.1.HTML 14 3.2.2 CSS 14 3.2.3 Python (Flask) 15 3.3 Giao diện Website .15 3.3.1 Giao diện trang Login 15 3.3.2 Giao diện trang chủ 16 3.3.3 Giao diện trang thống kê 16 3.3.4 Giao diện trang dự báo .18 KẾT LUẬN 19 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 DANH MỤC HÌNH VẼ Hĩnh vẽ Trang Hình Tách khuynh, mùa phần dư Hình Biểu đồ phân cấp chức 10 Hình Biểu đồ luồng liệu mức ngữ cảnh 11 Hình Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh 11 Hình Biểu đồ mức đỉnh chức quản trị hệ thống 12 Hình Biểu đồ mức đỉnh chức báo cáo thống kê 12 Hình Biểu đồ mức đỉnh chức dự đốn 12 Hình Kiến trúc hệ thống 13 Hình Mơ hình hệ thống 14 Hình 10 Giao diện trang Login 15 Hình 11 Giao diện trang chủ 16 Hình 12 Biểu đồ trang thống kê doanh thu theo tháng qua năm 16 Hình 13 Biểu đồ trang thống kê doanh thu theo ngày tháng 17 Hình 14 Biểu đồ trang thống kê doanh thu theo năm 17 Hình 15 Giao diện trang dự báo 18 CHƯƠNG I KHẢO SÁT HỆ THỐNG 1.1 Khảo sát trạng Trong trình điều hành thực công việc hàng ngày, nhà quản lý phải đưa định khác mà khơng thể biết cách xác tương lai xảy Cửa hàng cần phải chuẩn bị nguồn lực nguyên vật liệu, nhiên liệu, lực lượng lao động, máy móc thiết bị nguồn lực khác mà cách xác doanh số bán hàng nhu cầu khách hàng sản phẩm Để đưa định cách tương đối xác, địi hỏi cửa hàng phải thực tốt công tác dự báo Do vậy, dự báo doanh số việc vô cần thiết, dự báo doanh số có tể giúp nhà quản lý đưa định phù hợp với trạng giúp cửa hàng tăng doanh thu giảm rủi ro kinh doanh Doanh nghiệp hoạt động môi trường kinh doanh thay đổi, nhu cầu sản phẩm dịch vụ thay đổi theo tháng Khối lượng sản phẩm sản xuất thực tế công ty thay đổi xoay quanh nhu cầu Kết dự báo sở cho doanh nghiệp lập kế hoạch sản xuất kế hoạch sử dụng nguồn lực để chủ động sản xuất kinh doanh Các kết dự báo làm sở cho nhà quản lý xây dựng chiến lược dài hạn giúp doanh nghiệp chủ động đối phó với thay đổi thị trường dùng làm cho định điều hành hàng ngày Để hoạt động sản xuất kinh doanh ổn định, nguồn lực cung cấp đầy đủ, kịp thời địi hỏi việc dự báo nhà quản lý phải tương đối xác phải đảm bảo tính liên tục Cùng với bước tiến vượt bậc khoa học công nghệ, việc tăng cường áp dụng công nghệ thông tin vào hoạt động kinh doanh cửa hàng vấn đề cấp thiết Vì vậy, hệ hỗ trợ dự báo doanh thu xây dựng nhằm giúp cho nhà quản lý dễ dàng đưa định 1.2 Đặc tả yêu cầu toán Hệ thống cho phép người dùng – nhà quản lý thực công việc sau: - Xem doanh thu theo tháng, theo ngày, theo năm - Xem dự đoán doanh thu tháng 1.3 Yêu cầu sản phẩm - Website có dung lượng khơng lớn, tốc độ xử lý nhanh Giao diện thân thiện với người dùng Tính tốn xác Đảm bảo an toàn liệu 1.4 Tổng quan chuỗi thời gian mơ hình ARIMA 1.4.1 Chuỗi thời gian  Khái niệm chuỗi thời gian Chuỗi thời gian trình ngẫu nhiên {y t} phụ thuộc theo biến thời gian t biểu thị qua dãy phép đo (quan sát) Chuỗi thời gian rời rạc phép đo thực tập rời rạc, ngược lại chuỗi thời gian liên tục Các ứng dụng thực tế thường cho chuỗi thời gian rời rạc, với khoảng thời gian cách (phút, giờ, ngày, tuần, tháng, quý, năm,…)  - Các thành phần chuỗi thời gian Xu thế, hay khuynh hướng thời gian dài Biến đổi theo chu kỳ Biến đổi theo mùa Biến đổi bất thường hay ngẫu nhiên 1.4.2 Mơ hình ARIMA Mơ hình tự hồi quy tích hợp trung bình trượt ARIMA (Auto – Regressive Intergrated Moving Average) mơ hình tổng qt dự đốn chuỗi thời gian, giá trị khứ sử dụng để dự báo giá trị tương lai Mơ hình ARIMA gồm phần: - AR (Auto Regressive): Tự hồi quy - MA (Moving Average): Trung bình trượt ARIMA (p, d, q) với p bậc tự hồi quy, d bậc sai phân, q bậc trung bình trượt 1.4.2.1 Mơ hình tự hồi quy AR(p) Nhận diện mối quan hệ quan sát chuỗi thời gian cách xác định tự tương quan sau khoảng thời gian với giả thiết chuỗi thời gian ổn định (xác suất phụ thuộc không thay đổi trựt thời gian) Xác định quan hệ tự hồi quy tuyến tính chuỗi thời gian theo công thức: Yt    1Yt 1  2Yt 2    pYt  p   t f t 1    1Yt  2Yt 1    pYt  p 1 1.4.2.2 Mơ hình trung bình trượt MA(q) Xác định quan hệ hồi quy tuyến tính chuỗi thời gian chuỗi tạo sai số dự báo từ q khoảng thời gian trước: Yt     t  1 Et 1  2 Et    q Et  q ft 1    1 Et  2 Et 1   q Et q 1 1.4.2.3 Mô hình tự hồi quy trung bình trượt ARMA(p,q) Yt    1Yt 1  2Yt     pYt  p   t  1 Et 1  2 Et 2   q Et  q ft 1    1Yt  2Yt 1    pYt  p 1  1Et  2 Et 1   q Et  q 1 1.4.2.4 Mơ hình tự hồi quy trung bình trượt tích hợp ARIMA (p, d, q) At  �d Yt     t  1 At 1  2 At 2    p At  p  1 zt 1  2 zt 2   q zt  q ft 1    1 At  2 At 1    p At  p 1  1 zt  2 zt 1   q zt q 1 1.4.2.5 Xác định mơ hình ARIMA  Tính dừng mơ hình Để xác định mơ hình ARIMA cho chuỗi thời gian có ổn định hay khơng, có ý nghĩa có giá trị trung bình phương sai không đổi theo thời gian Xử lý: lấy sai phân Z t  Yt  Yt 1 Kiểm tra đồ thị ACF PACF để xác định tham số p, q mơ hình  Xác định hệ số p Nếu ACF giảm chậm PACF có bước hảy giảm khoảng thời gian p, dùng mơ hình AR(p)  Xác định hệ số q Nếu ACF có bước nhảy giảm so với khoảng thời gia q PACF giảm chậm dùng mơ hình MA(q)  Tính khuynh Xu hay khuynh thười gian dài  Tính mùa vụ Chuỗi thời gian có tình mùa vụ giá trị chuỗi thời gian thay đổi theo chu kỳ lặp lặp lại Xác định chu kỳ sau loại bỏ chu kỳ lấy sai phân để xác định tình dừng 1.5 Dữ liệu thực nghiệm Bộ liệu chi nhánh cửa hàng thuốc Rossmann với 942 ghi trường Date, Sales từ 01/01/2013 đến 31/07/2015 Hình Tách khuynh, mùa phần dư CHƯƠNG II PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Biểu đồ phân cấp chức Chức hệ thống dự báo doanh thu theo ngày Ngoài hệ thống cho phép nhà quản lý xem thống kê doanh thu bán hàng theo năm, theo tháng theo ngày Yêu cầu bảo mật liệu hệ thống đảm bảo việc quản lý đăng nhập người dùng Hình Biểu đồ phân cấp chức 10 2.2 Sơ đồ luồng liệu 2.2.1 Biều đồ luồng liệu mức ngữ cảnh Hình Biểu đồ luồng liệu mức ngữ cảnh 2.2.2 Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh Hình Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh 11 2.2.3 Biểu đồ mức đỉnh 2.2.3.1 Chức quản trị hệ thống Hình Biểu đồ mức đỉnh chức quản trị hệ thống 2.2.3.2 Chức báo cáo thống kê Hình Biểu đồ mức đỉnh chức báo cáo thống kê 2.2.3.3 Chức dự đốn Hình Biểu đồ mức đỉnh chức dự đoán 12 2.3 Kiến trúc hệ thống Hình Kiến trúc hệ thống 13 CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Hệ thống Hình Mơ hình hệ thống 3.2 Kiến trúc phần mềm 3.2.1.HTML HTML từ viết tắt HyperText Markup Language (ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản) dùng mô tả cấu trúc trang Web tạo loại tài liệu xem trình duyệt HTML tạo phát triển tổ chức W3C (World Wide Web Consortium) Hiện phiên HTML HTML5 với nhiều tính ưu việt so với phiên cũ 3.2.2 CSS CSS (viết tắt Cascading Style Sheets) ngôn ngữ định dạng sử dụng để mơ tả trình bày trang Web, bao gồm màu sắc, cách bố trí phơng chữ CSS cho phép chúng hiển thị nội dung tương thích loại thiết bị có kích thước hình khác nhau, chẳng hạn hình lớn, hình nhỏ điện thoại hay máy tính 14 CSS độc lập với HTML sử dụng với ngơn ngữ đánh dấu xây dựng dựa XML CSS tuân theo chuẩn chung W3C quy định 3.2.3 Python (Flask) Sử dụng thư viện flask python Python ngôn ngữ đơn giản dễ sử dụng ngơn ngữ thơng dụng Python kết nối với đối tượng môi trường để cung cấp kiểm sốt chương trình đối tượng với chúng Python cho phép tính tốn sử dụng model cách đơn giản dễ dàng, tính tốn đơn giản, thực số giao tác đơn giản trang web Python hỗ trợ tất trình duyệt Firefox, Chorme, … chí trình duyệt thiết bị di dộng có hỗ trợ Hiện python ngôn ngữ thông dụng giới 3.3 Giao diện Website 3.3.1 Giao diện trang Login 15 Hình 10 Giao diện trang Login 3.3.2 Giao diện trang chủ Hình 11 Giao diện trang chủ 3.3.3 Giao diện trang thống kê Hình 12 Biểu đồ trang thống kê doanh thu theo tháng qua năm 16 Hình 13 Biểu đồ trang thống kê doanh thu theo ngày tháng Hình 14 Biểu đồ trang thống kê doanh thu theo năm 17 3.3.4 Giao diện trang dự báo Hình 15 Giao diện trang dự báo 18 KẾT LUẬN Trong báo cáo em trình bày quy trình phân tích thiết kế hệ thống dự báo doanh thu cửa hàng Qua có kiến thức phân tích chuỗi thời gian áp dụng mơ hình ARIMA để dự đốn chuỗi thời gian; xây dựng chương trình hồn chỉnh gồm chương trình phân tích, giao diện video giới thiệu sản phẩm Hệ thống đưa thống kê, dự báo qua biểu đồ cách trực quan, dễ hiểu, dễ sử dụng Nhưng hạn chế thời gian kinh nghiệm nên báo cáo cịn nhiều thiếu sót chưa triển khai nhiều chức mở rộng khác 19 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Peter J Brockwell, Richard A Davis, “Introduction to Time Series and Forecasting”, Thir Edition, Springer, New York, 2016 [2] Slide Phân tích chuỗi thời gian 20 ... tạo nên phần mềm dự báo doanh thu nhằm hỗ trợ nhà quản lý việc đưa định quan trọng cho doanh nghiệp Vì vậy, báo cáo này, em phân tích thiết kế hệ thống ? ?Dự báo doanh thu cửa hàng? ?? nói riêng với... thống kê doanh thu theo năm 17 3.3.4 Giao diện trang dự báo Hình 15 Giao diện trang dự báo 18 KẾT LUẬN Trong báo cáo em trình bày quy trình phân tích thiết kế hệ thống dự báo doanh thu cửa hàng Qua... tiến vượt bậc khoa học công nghệ, việc tăng cường áp dụng công nghệ thông tin vào hoạt động kinh doanh cửa hàng vấn đề cấp thiết Vì vậy, hệ hỗ trợ dự báo doanh thu xây dựng nhằm giúp cho nhà quản