Модель Холта
Онлайн калькулятор предназначен для экспоненциального сглаживания с учетом тренда yt методом Хольта.Метод основан на оценке степени линейного роста (или падения) показателя во времени. Фактор ростаlоценивается по коэффициенту bt, который и свою очередь вычисляется как экспоненциально взвешенное среднее разностей между текущими экспоненциально взвешенными средними значениями процесса ut и их предыдущими значениями ut-1 Характерная особенность данного метода: вычисление текущего значения экспоненциально взвешенного среднего ut включает в себя вычисление прошлого показателя роста bt-1, адаптируясь таким образом к предыдущему значению линейного тренда.
ut=αyt + (1-α)(ut-1+bt-1)
bt=β(ut-ut-1) + (1- β)bt-1
где параметры α и β лежат в пределах от нуля до единицы. Обычно рекомендуется параметры α и β брать не превышающими значения 0,3.
Начальные значения уровня u0 и тренда b0 существенно влияют на качество прогноза, особенно для коротких рядов. Ниже приведены основные алгоритмы.
- Первое наблюдение u0=y1, b0=y2−y1. Минимум данных, но чувствителен к выбросам.
- Нулевой тренд u0=y1, b0=0. Подходит, если тренд слабо выражен в начале.
- Среднее первых наблюдений
, b0=(yk−y1)/(k-1). Сглаживает шум; обычно k=3÷5. - Коэффициент наклона линии, образованной этими k точками (коэффициент b уравнения тренда).
Прежде чем приступить к прогнозированию по той или иной прогностической модели тренда, необходимо определить период, на который осуществляется прогноз. Обычно принимается, что прогноз вычисляется на t моментов времени вперед (период упреждения), т. е. до момента t+t (горизонт прогнозирования).
После оценки в модели Холта показателя роста (или падения) bt прогноз на k моментов времени, т. е. ft+k , вычисляется суммированием оценки среднего текущего значения (ut) и ожидаемого показателя роста bt, умноженного на количество моментов времени прогнозирования k, т. е.
ft+k=ut+btk
Пример.
В качестве y0 берем среднее арифметическое первых 3 значений ряда.
y0 = (7266 + 6961 + 6334)/3 = 6853.667
Угол наклона прямой, образованной 3 точками первой реализации, можно найти с помощью метода наименьших квадратов.
Линейное уравнение тренда имеет вид y = bt + a
Система уравнений МНК:
an + b∑t = ∑y
a∑t + b∑t2 = ∑y*t
| t | y | t2 | y2 | t y |
| 1 | 7266 | 1 | 52794756 | 7266 |
| 2 | 6961 | 4 | 48455521 | 13922 |
| 3 | 6334 | 9 | 40119556 | 19002 |
| 6 | 20561 | 14 | 141369833 | 40190 |
| Ср.знач. | 6853.667 | 4.667 | 47123277.667 | 13396.667 |
3a + 6b = 20561
6a + 14b = 40190
Из первого уравнения выражаем a и подставим во второе уравнение. Получаем a = 7785.667, b = -466.
Уравнение тренда:
Начальные условия для оценки тренда равны b0 = -466.
Покажем расчет первых 4-х значений уровней at и тренда bt.
a1 = 0.3*6853.667+(1-0.3)*6853.667 = 6853.667
a2 = 0.3*6961+(1-0.3)(6853.667+-466) = 6559.667
b2 = 0.3(6559.667-6853.667)+(1-0.3)*-466 = -414.4
a3 = 0.3*6334+(1-0.3)(6559.667+-414.4) = 6201.887
b3 = 0.3(6201.887-6559.667)+(1-0.3)*-414.4 = -397.414
a4 = 0.3*6150+(1-0.3)(6201.887+-397.414) = 5908.131
b4 = 0.3(5908.131-6201.887)+(1-0.3)*-397.414 = -366.317
| i | yt | Сглаживание данных, at | Сглаживание тренда, bt | Прогноз, yt* | (yt-yt*2) |
| 1 | 7266 | 6853.667 | -466 | 6387.667 | - |
| 2 | 6961 | 6559.667 | -414.4 | 6145.267 | 665420.871 |
| 3 | 6334 | 6201.887 | -397.414 | 5804.473 | 280399.197 |
| 4 | 6150 | 5908.131 | -366.317 | 5541.814 | 369889.813 |
| 5 | 5178 | 5432.67 | -399.06 | 5033.61 | 20848.415 |
| 6 | 4871 | 4984.827 | -413.695 | 4571.132 | 89920.582 |
| 7 | 4791 | 4637.093 | -393.907 | 4243.186 | 300100.166 |
| 8 | 4294 | 4258.43 | -389.333 | 3869.097 | 180542.725 |
| 9 | 4270 | 3989.368 | -353.252 | 3636.116 | 401809.373 |
| 10 | 3611 | 3628.581 | -355.513 | 3273.068 | 114197.747 |
| 11 | 3357 | 3298.248 | -347.959 | 2950.289 | 165413.661 |
| 12 | 3259 | 3042.902 | -320.175 | 2722.728 | 287587.937 |
| 13 | 2983 | 2800.809 | -296.75 | 2504.059 | 229384.282 |
| 14 | 2830 | 2601.841 | -267.416 | 2334.426 | 245593.68 |
| 15 | 2732 | 2453.698 | -231.634 | 2222.064 | 260034.453 |
| 16 | 2725 | 2372.945 | -186.37 | 2186.575 | 289901.122 |
| 17 | 2700 | 2340.603 | -140.161 | 2200.441 | 249558.895 |
| 4150602.919 |
Прогнозирование
y(17+1) = 2340.603-140.161 = 2200.441Ошибка прогноза определяется по формуле:
Первое значение суммы остатков не учитываем, т.к. при однократном экспоненциальном сглаживании первый прогноз возможен только со второго шага (k=16).
Определим значение критерия Стьюдента для числа степеней свободы k = n-m = 17-2 = 14 и уровня значимости 0.05: t(14;0.05) = 2.145
Нижняя граница прогноза:
y1=2200.441-2.145*544.492 = 1032.505
Нижняя граница прогноза:
y2=2200.441+2.145*544.492 = 3368.377
Анализ и выводы
Ряд демонстрирует устойчивый отрицательный тренд (убывание). Начальное значение Y1=7266, конечное Y17=2700. Трендовая компонента Bt изначально резко отрицательна, но постепенно становится менее крутой. Это указывает на замедление темпов снижения — ряд продолжает убывать, но с меньшей скоростью.При прогнозировании следует учитывать ошибку прогноза s=1167.94.