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      灰色數(shù)列預(yù)測在天氣預(yù)報中的應(yīng)用

      2015-12-19 11:52:34劉麗靜
      卷宗 2015年11期
      關(guān)鍵詞:樣本量灰色氣象

      劉麗靜

      摘 要:灰色預(yù)測具有所需樣本量小、無需典型的概率分布、計算簡便和預(yù)測效果好等優(yōu)點。目前已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)、氣象、生態(tài)、水利、生物等眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用,并產(chǎn)生了大量的社會經(jīng)濟(jì)效益。本文將灰色數(shù)列預(yù)測與等維遞補(bǔ)灰色預(yù)測相結(jié)合,根據(jù)北京市3月8號至3月13號的最高溫度數(shù)據(jù),運用灰色系統(tǒng)理論建立了最高溫度灰色數(shù)列預(yù)測模型,該模型通過了可靠性檢驗,擬合精度較高,可進(jìn)行外推預(yù)測。

      關(guān)鍵詞:灰色數(shù)列預(yù)測;GM(1,1)模型;精度檢驗

      1 前言

      預(yù)測是進(jìn)行科學(xué)決策的前提,是人們認(rèn)識世界的重要途徑?;疑A(yù)測作為一種非常實用的預(yù)測方法,具有所需樣本量小、無需典型的概率分布、計算簡便和預(yù)測效果好等優(yōu)點[1]。自20世紀(jì)80年代以來,我國有數(shù)百個市、縣和省級區(qū)域運用灰色系統(tǒng)理論的方法、模型和技術(shù),研究區(qū)域及社會的經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展問題;編制綜合發(fā)展規(guī)劃,促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展[2]。

      灰色預(yù)測作為灰色系統(tǒng)理論的重要組成部分,更是被廣泛的應(yīng)用于實際生產(chǎn)生活之中。目前,人們通常采用建立GM(1,1)模型的方法進(jìn)行預(yù)測。GM(1,1)預(yù)測模型為單變量一階線性模型,是通過對時間序列的研究去尋找和發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展變化的連續(xù)的或離散的未來時間序列,從而分析事物發(fā)展變化的規(guī)律。它是灰色預(yù)測模型中最基本的、應(yīng)用最廣泛的預(yù)測模型[3,4]。而如何優(yōu)化GM(1,1)模型甚至是建立更好的模型使灰色數(shù)列預(yù)測應(yīng)用于更廣泛的數(shù)據(jù)并得到更加準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果,依然有待于人們進(jìn)一步的探究。

      2 灰色數(shù)列預(yù)測的基本方法

      利用GM(1,1)模型對時間序列進(jìn)行數(shù)量大小的預(yù)測,稱為灰色數(shù)列預(yù)測。如人口,糧食產(chǎn)量,商品銷售量,交通運輸量等預(yù)測問題[5]。這是應(yīng)用最廣泛的一種灰色預(yù)測方法。

      GM(1,1)模型的微分方程為:

      。參數(shù)向量為。

      灰色模型的精度通常用后驗差方法檢驗。

      設(shè)已求出預(yù)測值,即。

      計算殘差: (k=1,2,…,n)。

      得殘差向量:。

      記原始數(shù)列及參差數(shù)列的方差分別為和,則:

      ,。

      其中:,。

      然后,計算后驗差比值和小誤差概率:

      ,。

      3 灰色數(shù)列預(yù)測在天氣預(yù)報中的應(yīng)用

      氣象預(yù)測在國家建設(shè)中起著極其重要的作用,氣象與農(nóng)業(yè)生產(chǎn),交通運輸,軍事決策等等都有著密切的聯(lián)系。做好氣象預(yù)測,提前預(yù)防,能有效的降低和避免氣象災(zāi)害給國家?guī)淼膿p失。在人們的日常生活中,做好氣象預(yù)測,使人們對不同的天氣,做好相應(yīng)的準(zhǔn)備,也給人們的生活帶來了極大的方便。如:根據(jù)溫度的高低,適當(dāng)增減衣服;根據(jù)是否會下雨,決定出門要不要帶傘;根據(jù)紫外線指數(shù),做好防曬工作等等。

      本文記錄了北京市3月8號到13號六天內(nèi)的最高氣溫,見表1。利用表中數(shù)據(jù)預(yù)測14號的最高氣溫。

      表1 最高氣溫記錄表

      日期 3月8號 3月9號 3月10號 3月11號 3月12號 3月13號

      最高氣溫 6℃ 8℃ 9℃ 9℃ 10℃ 9℃

      對表1的原始數(shù)據(jù)序列作一次累加生成,得到新的數(shù)據(jù)序列

      ,

      對作均值生成:

      構(gòu)造矩陣與向量:

      計算參數(shù)向量:

      將參數(shù)向量代入響應(yīng)函數(shù)并整理得:

      所以。

      根據(jù)以上公式計算得預(yù)測值:

      殘差:。

      原始數(shù)列的方差。參差數(shù)列的方差。后驗差比值:。

      小誤差概率:,

      式中。

      根據(jù),值,由表1知模型精度為1級(好),故通過外推預(yù)測得14號的氣溫預(yù)測值為9.90。差不多10℃。

      4 結(jié)論

      預(yù)測,是人們對未知事物的提前探索,具有極其重要的作用。如對氣象情況的預(yù)測,對經(jīng)濟(jì)增長的預(yù)測,對人口增長的預(yù)測以及對某種疾病發(fā)病率的預(yù)測等等。這些預(yù)測,無論是與人們的生產(chǎn)生活,還是與國家的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展都是息息相關(guān)的。本文中實例的成功應(yīng)用,證明了灰色數(shù)列預(yù)測法的切實可行性,以及其預(yù)測精度高、所需樣本量小、無需典型分布、計算簡單等特點。但若能將灰色數(shù)列預(yù)測法與等維遞補(bǔ)灰色預(yù)測的思想相結(jié)合,適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行長期預(yù)測,其結(jié)果往往具有極高的精度,具有很好的參考價值,有待于進(jìn)一步的研究。

      參考文獻(xiàn)

      [1]劉思峰. 灰色系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展[J]. 南京航空航天大學(xué)學(xué)報, 2004, 36(2): 267-272.

      [2]趙德會, 錢正芳, 李積源, 黎放. 灰色數(shù)列預(yù)測應(yīng)用分析[J]. 海軍工程大學(xué)學(xué)報, 2000, (1): 87-90.

      [3]崔新莉. 灰色數(shù)列GM(1,1)模型在衛(wèi)生技術(shù)人員配置預(yù)測中的應(yīng)用[J]. 淮海醫(yī)藥, 2006, 24(4): 342-343.

      [4]姚天祥, 曹杰. GM(1,1)模型的建模條件[J]. 南京信息工程大學(xué)學(xué)報, 2001, 3(4): 371-375.

      [5]周脈耕, 楊功煥. 灰色數(shù)列GM(1,1)模型在心腦血管疾病死亡預(yù)測中的應(yīng)用[J]. 中國公共衛(wèi)生, 2002, 18(5): 625-627.

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