[發(fā)明專利]基于緩沖算子的等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510898445.0
• 申請日: 2015-12-07
• 公開（公告）號: CN105550767A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚建;程歡
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種城市用水量的預(yù)測方法，具體為基于緩沖算子的等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰 色模型預(yù)測方法。

背景技術(shù)

城市用水量的預(yù)測方法有很多種，目前主要采取的有回歸分析法、指數(shù)平滑法、用 水定額法、灰色預(yù)測法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，其中，灰色預(yù)測法不僅預(yù)測精度較高，而且 其所需歷史數(shù)據(jù)少、不考慮分布規(guī)律、運(yùn)算方便、易于檢驗(yàn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

灰色預(yù)測法常用的預(yù)測模型是GM(1,1)模型，但傳統(tǒng)的GM(1,1)模型對系統(tǒng)的短期 預(yù)測準(zhǔn)確度較高，長期預(yù)測可能偏差較大。有些學(xué)者已經(jīng)提出等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型，同時(shí) 利用其對城市需水量進(jìn)行了預(yù)測，克服了傳統(tǒng)灰色預(yù)測模型長期預(yù)測誤差較大的缺點(diǎn)。但 是考慮到城市用水量與城市人口、居民生活水平、工業(yè)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及城市氣候等諸多因 素有關(guān)，其容易受外界因素的沖擊擾動(dòng)而出現(xiàn)較大的波動(dòng)性。而緩沖算子能有效的減弱數(shù) 據(jù)的波動(dòng)性，還原系統(tǒng)的真實(shí)規(guī)律。因此考慮到等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型對波動(dòng)較大的數(shù)列 預(yù)測的局限性，提出利用緩沖算子對其進(jìn)行改進(jìn)，從而使其不僅能進(jìn)行長期預(yù)測，也可以對 波動(dòng)性的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。

向宇等在《改進(jìn)的灰色預(yù)測模型在全國用水量預(yù)測中的應(yīng)用》一文中提出帶有弱 化緩沖算子的灰色預(yù)測模型，該弱化算子采用是劉思峰教授提出的平均弱化緩沖算子，利 用的灰色預(yù)測模型是傳統(tǒng)的GM(1,1)模型。具體的實(shí)現(xiàn)方式如下：建模之前，先利用二階弱 化緩沖算子對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后再以處理后的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來建立GM(1,1)模型，然 后利用該模型對全國用水量進(jìn)行預(yù)測分析。該方法利用傳統(tǒng)的GM(1,1)模型適宜于短期預(yù) 測，而長期預(yù)測誤差較大。

另外等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型也稱為對傳統(tǒng)灰色模型的新陳代謝改進(jìn)，汪妮、傅金 祥、鄧奎等學(xué)者利用等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型對城市需水量進(jìn)行了預(yù)測，克服了傳統(tǒng)灰色預(yù) 測模型長期預(yù)測誤差較大的缺點(diǎn)。灰色等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)模型的基本思路是利用已知信息的同 時(shí)，剔除舊信息，添加新信息，形成信息的一個(gè)動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)。具體做法如下：在灰色預(yù)測建模原 始數(shù)中選取數(shù)列，其中k＝1，2，…，k，k<m。并以數(shù)列為原始數(shù)據(jù)建立GM(1，1)模型，得到預(yù)測 值，然后剔除第一個(gè)數(shù)據(jù)，添加預(yù)測值，并以此數(shù)列為原始數(shù)據(jù)重新建立GM(1，1)模型，依次 類推，總共建立(m-k+1)個(gè)GM(1，1)模型后得到預(yù)測值。等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型適宜長期預(yù) 測，但對波動(dòng)性數(shù)據(jù)預(yù)測誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于緩沖算子的等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型預(yù)測 方法，可以用于長期預(yù)測，并且誤差小。具體的技術(shù)方案為：

基于緩沖算子的等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型預(yù)測方法，包括以下步驟：

(1)緩沖算子的構(gòu)造

平均弱化緩沖算子包括一階弱化緩沖算子和二階弱化緩沖算子，其中，若原始數(shù) 列波動(dòng)性較小，光滑性較好，采用一階弱化緩沖算子即可使其達(dá)到準(zhǔn)光滑序列的要求；反 之，若原始數(shù)列波動(dòng)性較大，光滑性較差，使用二階弱化緩沖算子使其達(dá)到準(zhǔn)光滑序列的要 求；

一階、二階弱化緩沖算子的構(gòu)造方法如下：設(shè)原始數(shù)據(jù)序列X＝(x(1),x(2),…,x(n))，令XD＝(x(1)d,x(2)d,…,x(n)d)，其中此時(shí)D為一階弱化緩沖算子，如此類推，以XD序列為起始序列，求其一階弱化緩沖算子D，可得XD²序列，此時(shí)D²即為原始序列X的二階弱化緩沖算子；

(2)基于緩沖算子的等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)GM(1,1)模型的建立

首先利用構(gòu)造的緩沖算子對建模原始數(shù)列進(jìn)行緩沖處理；然后，再以緩沖處理后 得到的序列為基礎(chǔ)，建立傳統(tǒng)的GM(1，1)模型，同時(shí)對下一個(gè)未知值進(jìn)行模擬預(yù)測；最后，以 經(jīng)緩沖算子作用后得到的緩沖序列為信息遞補(bǔ)的起始數(shù)列，依據(jù)等維信息遞補(bǔ)的思想，通 過信息的新陳代謝以及GM(1,1)模型的反復(fù)構(gòu)建，最終可得到連續(xù)的長期預(yù)測結(jié)果。

本發(fā)明提供的基于緩沖算子的等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型預(yù)測方法，基于傳統(tǒng)灰色預(yù) 測對長期預(yù)測以及波動(dòng)性預(yù)測的局限性，通過結(jié)合緩沖算子以及等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)的思想，對 原有的等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型提出改進(jìn)，構(gòu)建基于緩沖算子的等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型，解 決了等維動(dòng)態(tài)遞補(bǔ)灰色模型對波動(dòng)性數(shù)據(jù)預(yù)測誤差較大的問題，可進(jìn)行長期預(yù)測，該模型 構(gòu)造簡單，通俗易懂，使用方便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖；