时间序列

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1 功能描述

如果说数量关系研究的是变量之间的关系,那么时间序列研究的是变量自己和自己的关系(根据变量过去的值对未来的值进行预测)。

2 预处理

2.1 数据处理

我们这里将采用“catalog_seasfac.sav”数据文件,分析商品销售量的时间变动规律。

首先需要将数据读取到SPSS Modeler软件中。将“源”选项卡下面的Statistics节点添加到流编辑区域。

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双击打开Statistics节点;选择“catalog_seasfac.sav”文件的存放路径,点击确定。

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将“输出”选项卡下面的表节点添加到数据流中,点击运行,可以发现数据已经导入到SPSS Modeler软件中。其中,date变量是样本发生的月度时间,men表示男性消费,是我们时间序列分析的主要研究对象。

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2.2 变量处理

将“字段选项”选项卡下面的类型节点添加到数据流中,并与Statistics节点连接。

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双击打开类型节点,将变量men的角色设置为目标,其余所有变量的角色设为“无”。

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2.3 生成时间项

将“字段选项”选项卡下面的“时间区间”节点添加到数据流,并与类型节点连接。

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双击打开“时间区间”节点,在间隔页面中时间区间选择“月”;勾选“从数据构建”;字段选择“date”;其他保持默认,点击确定。

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2.4 图形展示

将“图”选项卡下面的时间散点图节点添加到数据流,并与时间区间连接。

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双击打开“图”节点,在图页面下,序列中输入“men”变量;去掉标准化的对号,其他保持默认,点击运行。

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在出现的窗口中给出了men变量的时间散点图,可以看出销售量随着时间推移整体呈现逐渐上升的形态,且存在季节性的波动。

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3 指数法预测

将“建模”选项卡下面的“时间序列”节点添加到数据流,并与时间区间节点连接。

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双击打开“时间序列”节点,在模型页面下,方法选择“指数平滑”,其他保持默认,点击运行。

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模型训练好后,将自动添加到数据流中。

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将“图”选项卡下面的时间散点图节点添加到数据流,并与训练好的时间序列模型连接。

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双击打开时间散点图节点,在图页面下,序列中输入“men和$TS-men”,其中$TS-men是时间序列预测的men变量值。去掉“在单独面板中显示序列和标准化的对号”,其他保持默认,点击运行。

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在出现的窗口中给出了men变量及其预测值的时间散点图,可以看出,采用指数平滑法预测对men变量的预测值可以预测出变量的长期趋势,但是具体月份数值的精度并不高。

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4 指数平滑(考虑季节性周期)

接着,我们在指数平滑法中考虑季节性周期,重新对men变量进行预测。

仍然采用前面例子的数据,前面的处理步骤相同,这里不再演示。

将“建模”选项卡下面的“时间序列”节点添加到数据流,并与时间区间节点连接。

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双击打开“时间序列”节点,在模型页面下,方法选择“指数平滑”。点击标准按钮,在出现的窗口中选中“Winters乘法”,其他保持默认,点击运行。

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模型训练好后,将自动添加到数据流中。

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将“图”选项卡下面的时间散点图节点添加到数据流,并与训练好的时间序列模型连接。

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双击打开时间散点图节点,在图页面下,序列中输入“men和$TS-men”,其中$TS-men是时间序列预测的men变量值。去掉“在单独面板中显示序列和标准化的对号”,其他保持默认,点击运行。

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在出现的窗口中给出了men变量及其预测值的时间散点图,可以看出,采用指数平滑法且考虑季节性周期后,men变量预测值的精度大幅提高,但中间仍有许多波动没有预测到。

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5 ARIMA模型

接着,我们在采用ARIMA模型重新对men变量进行预测。ARIMA模型属于计量模型,除了考虑men变量自身过去值对未来值的预测效应外,还可以加入其他因素来共同对men变量的未来值进行预测。

仍然采用前面例子的数据,前面的处理步骤相同,这里不再演示。

首先需要对类型点击进行调整,双击打开类型节点

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将mail、page、phone、print、service这5个变量的角色由无修改为输入。即考虑这个变量对men变量的预测效应。

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回到数据流,双击打开时间序列节点。

在模型页面下,方法选择“专家建模器”。点击标准按钮,在出现的窗口中选中“仅限于ARIMA模型”,勾选“专家建模器考虑季节模型”,其他保持默认,点击运行。

注意:ARIMA模型滞后项的选择不太容易,需要根据自相关和偏自相关系数来判断。而专家建模器则可以自动帮我们进行选择,大幅简化了建模的难度。

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模型训练好后,将自动添加到数据流中。

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将“图”选项卡下面的时间散点图节点添加到数据流,并与训练好的时间序列模型连接。

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双击打开时间散点图节点,在图页面下,序列中输入“men和$TS-men”,其中$TS-men是时间序列预测的men变量值。去掉“在单独面板中显示序列和标准化的对号”,其他保持默认,点击运行。

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在出现的窗口中给出了men变量及其预测值的时间散点图,可以看出,采用ARIMA模型后,men变量预测值的精度与考虑季节性的指数平滑模型有所提升。

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