JP2010020442A - Method and device for creating prediction scenario of future demand regarding transaction object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、取引対象物に関する将来需要の予測シナリオを作成する方法およびその作成装置に関する。 The present invention relates to a method for creating a forecast scenario for future demand related to a transaction object and a creation apparatus thereof.
取引対象物に関する将来需要、つまり電力の将来需要量や商品の在庫量などを予測することは、発電計画、販売計画を作成する上で非常に重要である。特に電力需要の場合には、設備投資計画を策定するために年間の最大需要量を予測したり、発電機の運転計画を作成するために翌日の将来需要量を予測したりすることが必要である。そして、過去に行った将来需要の予測実績や気温の予測値などから重回帰分析等を用いて将来需要を予測することが行なわれている。 Predicting the future demand related to the transaction object, that is, the future demand amount of electric power, the inventory amount of goods, etc. is very important in preparing the power generation plan and the sales plan. In particular, in the case of electricity demand, it is necessary to predict the maximum annual demand in order to formulate a capital investment plan, and to predict the future demand in the next day in order to create a generator operation plan. is there. Then, the future demand is predicted using multiple regression analysis or the like based on the past actual demand forecast results or the predicted temperature value.
また、電力に限らず、有形無形の生産物の将来需要量や市場価格、株式等の金融商品の市場価格、金利や為替その他の経済指標など、将来の予測を行なう必要のある分野は多い。これらの予測には、それぞれの分野において数学モデルを用いた予測モデルが開発され実用に供されている。 In addition, there are many fields that need to be predicted in the future, such as future demand and market prices for tangible and intangible products, market prices for financial products such as stocks, interest rates, exchange rates, and other economic indicators. For these predictions, prediction models using mathematical models have been developed and put into practical use in the respective fields.
これらの予測を行なう目的は、予測結果を直接に利用して何らかの行為(その商品の売買等)を行なうという場合もあるが、予測結果を基に何らかの分析を行い、その結果を利用するという場合も多い。例えば、将来需要であれば、一日の将来需要量の変化である時系列データを基に発電所の運転計画を作成したり、必要な燃料量を計算したり、電力供給による収入を計算したりすることができる。 The purpose of making these predictions is to use the prediction results directly for some actions (such as buying or selling the product), but to perform some analysis based on the prediction results and use the results. There are also many. For example, if it is future demand, create a power plant operation plan based on time-series data, which is the change in future demand for the day, calculate the amount of fuel required, and calculate income from power supply. Can be.
これらの量は、刻々と変化する時系列データの経路に依存する量であり、例えば各時刻の将来需要量の関数の積分値として計算される。このためには、その日の最大需要量の予測だけでは不十分で、各時刻の将来需要量を全て(例えば、1時間毎に24点)予測する必要がある。 These amounts depend on the time-series data path that changes every moment, and are calculated as, for example, an integral value of a function of the future demand amount at each time. For this purpose, it is not sufficient to predict the maximum demand amount of the day alone, and it is necessary to predict all future demand amounts at each time (for example, 24 points per hour).
一方、予測値には誤差があるのが普通であり、予測の誤差を予め知っておくことは有益である。このため、予測の誤差を評価する方法も種々考案されている。例えば将来需要につき、ある日の最大需要の予測値の誤差を求める場合と、一日の各時刻の誤差を24点で求める場合とがある。後者の場合、各時刻の誤差は互いに関連を持っているのが普通であり、各時刻の誤差を単独に求めて24個並べただけでは十分ではなく、24個の誤差を合わせて評価する必要があるため、後者の方が格段に困難となる。 On the other hand, the prediction value usually has an error, and it is useful to know the prediction error in advance. For this reason, various methods for evaluating the prediction error have been devised. For example, for future demand, there are a case where the error of the predicted value of the maximum demand on a certain day is obtained, and a case where the error of each time of the day is obtained by 24 points. In the latter case, the error at each time is usually related to each other, and it is not sufficient to obtain the error at each time independently and arrange 24 pieces, and it is necessary to evaluate 24 errors together. Therefore, the latter is much more difficult.
このような分野の技術としては、特許文献1や特許文献2に示されるものがある。まず特許文献1では、気象情報を基に将来の所定期間の将来需要を予測しているが、予測の精度を向上させるために直近の気象データを用いて予測値を刻々と修正している。また、特定の時刻の将来需要予測値の予測誤差を評価するために、需要予測の誤差と気象予測の誤差との標準偏差を用いている。
As technologies in such a field, there are those shown in
また、特許文献2においても、気温および湿度のデータと過去の将来需要データとから将来の電力総需要を予測している。この場合には、一日の電力総需要の予測であるが、ニューラルネットなどの手法を用いて誤差を補正しているところに特徴がある。すなわち、気温の変動が大きい場合など誤差に特定の傾向がある場合に、それをニューラルネットなどの方法で見出し、誤差を補正している。
Also in
上述のように、従来の技術においては、いろいろな工夫により誤差を小さくすることを目指しているのが普通である。しかし、所定期間の予測値の誤差を考える場合、各時刻の予測値の誤差の単純な合計や平均が全体の誤差になる訳ではない。 As described above, the conventional technology usually aims to reduce the error by various devices. However, when considering the error in the predicted value for a predetermined period, a simple sum or average of the error in the predicted value at each time does not mean the overall error.
誤差は一定の傾向を持つ場合があり、このような場合、誤差に系列相関があるという。誤差が大きかったり、誤差に系列相関(一定の傾向)が存在したりする場合には、従来の技術では予測モデルを修正する、という考え方が普通である。 The error may have a certain tendency, and in such a case, the error has a series correlation. In the case where the error is large or there is a series correlation (a certain tendency) in the error, the conventional technique is that the prediction model is usually corrected.
しかしながら、完全に理想的な予測モデルを作成することは不可能であり、一般に社会現象や確率的な現象など、真に予測の必要な分野では予測精度を改善することは非常に困難である、という問題がある。また、これらの分野では、背後にある要因が時期的に変化し、それに合わせて予測モデルを頻繁に変更する必要が生じる場合も多い。 However, it is impossible to create a completely ideal prediction model, and it is generally very difficult to improve the prediction accuracy in fields that truly require prediction, such as social phenomena and stochastic phenomena. There is a problem. In these fields, the underlying factors change with time, and it is often necessary to frequently change the prediction model accordingly.
一方、予測した結果を実績と比較して予測モデルの精度を検証することも重要である。この場合、予測モデルを頻繁に修正すると予測結果の妥当性の検証も困難になる、という問題がある。 On the other hand, it is also important to verify the accuracy of the prediction model by comparing the predicted result with the actual result. In this case, there is a problem that if the prediction model is frequently corrected, it is difficult to verify the validity of the prediction result.
図13は、従来の予測方法を示した概念図である。現在までに得られている情報から将来の値を予測するために、回帰モデルやニューラルネットなど種々多数のモデルが用いられる。 FIG. 13 is a conceptual diagram showing a conventional prediction method. In order to predict future values from information obtained so far, a large number of models such as regression models and neural networks are used.
この場合、過去の実績値を用いる場合もあるが、普通は過去の予測値は用いない。また、将来の予測値の誤差を評価するために、エラーバーや標準偏差などが用いられる。 In this case, a past actual value may be used, but usually a past predicted value is not used. In addition, error bars, standard deviations, and the like are used to evaluate future predicted value errors.
図14は、従来の予測結果と誤差評価の概念を示している。この図14では、各時刻に予測のエラーバーが描かれている。エラーバーの例としては、誤差の標準偏差が用いられる場合もある。しかし、このように、各時刻毎に予測誤差を評価するような方法では、上記のようなシナリオを考慮することはできない。 FIG. 14 shows the concept of conventional prediction results and error evaluation. In FIG. 14, a prediction error bar is drawn at each time. As an example of the error bar, the standard deviation of error may be used. However, the above-described scenario cannot be taken into account in such a method that evaluates the prediction error at each time.
前述のように従来技術では、精度のよい予測モデルを作成することが困難であり、仮に精度のよい予測モデルが作成できたとしても、時期が異なると予測モデルが適用不可能になる、などの問題がある。 As mentioned above, it is difficult to create a highly accurate prediction model with the prior art, and even if a highly accurate prediction model can be created, the prediction model becomes inapplicable at different times. There's a problem.
また、誤差の評価に標準偏差を用いているため、数値としての誤差は評価できるが、誤差を考慮した時系列データを生成することが困難である、という問題がある。 Further, since the standard deviation is used for the error evaluation, the numerical error can be evaluated, but it is difficult to generate time series data in consideration of the error.
そこで、予測モデルの精度はもちろん、予測モデルの手段も問題とはしない考え方が現れた。むしろ、予測には誤差があることを前提とし、複数の予測結果を用いて将来の現象を分析するという考え方である。 Therefore, the idea that not only the accuracy of the prediction model but also the means of the prediction model is not a problem has appeared. Rather, it is based on the premise that there is an error in the prediction, and the future phenomenon is analyzed using a plurality of prediction results.
また、上述のような時系列データの予測の場合には、各時刻の予測ではなく、一連の時系列として予測を行なう必要があり、誤差に関しても各時刻の誤差ではなく、考えられる複数の時系列データの集合体(アンサンブル)として予測および誤差の評価を行なう必要がある。 In addition, in the case of prediction of time series data as described above, it is necessary to perform prediction as a series of time series instead of prediction at each time, and the error is not an error at each time, but a plurality of possible times. It is necessary to perform prediction and error evaluation as a collection (ensemble) of series data.
そして、複数の予測結果を用いる予測手法の例としては、アンサンブル予測という考え方がある。これは、例えば複数の予測結果の平均値を用いて求める予測結果を近似する、というものである。このような技術に関連する特許としては、例えば特許文献3がある。
An example of a prediction method that uses a plurality of prediction results is the concept of ensemble prediction. For example, the prediction result obtained by using the average value of a plurality of prediction results is approximated. Patents related to such a technology include, for example,
特許文献3で、気象予測に必要な気象シミュレーションにおいては、初期値がほんの少し変わるだけで結果が大きく異なってしまい予測が困難になる。このため、初期値の異なる複数のシミュレーション結果を平均することで、予測の精度を向上させている。
ここで、特許文献3における個々のシナリオは、低気圧の移動ベクトルを複数の予測移動ベクトルと比較して予測結果を選定するものであり、複数の時系列データの集合体として予測および誤差の評価を行っている。
Here, each scenario in
しかしながら、特定の物理的な方程式の初期値問題として解かれたものであり、予測モデルも特定されたものでしかない。 However, it is solved as an initial value problem of a specific physical equation, and the prediction model is only specified.
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、予測モデルには関知せず、現状の予測モデルによる過去の予測結果と過去の実績値のみから将来の予測結果を修正し、かつ不確実性を考慮して将来の予測結果を分析可能な複数の予測シナリオを作成する方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned points. The present invention is not concerned with the prediction model, the future prediction result is corrected based on only the past prediction result and the past actual value based on the current prediction model, and is uncertain. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for creating a plurality of prediction scenarios capable of analyzing future prediction results in consideration of characteristics.
上記目的達成のため、本発明では、
過去の所定期間における実績値に基づき、取引対象物に関する将来需要の予測シナリオを作成する方法において、
周期的に変動する将来需要の、過去の所定期間の予測値であるN個の要素を含んだ時系列データ、および前記過去の所定期間の実績値であるN個の要素からなる時系列データを、過去のM回の変動周期にわたって保存し、
前記M回の変動周期毎に、前記予測値の時系列および前記実績値の時系列を差し引いて前記N個の要素を含んだ誤差の時系列をM通り計算し、
前記誤差の時系列の第k番目の要素のみを取り出したM個の要素を含んだデータの分散を計算し、
前記誤差の時系列の第i番目の要素のみからなるM個のデータと、第j番目の要素のみからなるM個のデータとの共分散を、i≠jである全ての(i,j)の組にわたって計算し、
計算により求められた結果からN×Nの要素を含む分散共分散マトリクスを作成し、
前記分散共分散マトリクスを用いて多変量同時確率分布を計算し、
前記多変量同時確率分布に基づいてN個の要素を含んだ乱数の組をK回発生し、
前記乱数の組からK通りの予測シナリオを作成する
ことを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測シナリオ作成方法、
および
過去の所定期間についての実績値に基づき、取引対象物に関する将来需要の予測シナリオを作成する装置において、
周期的に変動する将来需要の、過去の所定期間の予測値であるN個の要素を含んだ時系列データ、および前記過去の所定期間の実績値であるN個の要素からなる時系列データを、過去のM回の変動周期にわたって保存する手段と、
前記M回の変動周期毎に、前記予測値の時系列から前記実績値の時系列を差し引いて前記N個の要素を含んだ誤差の時系列をM通り計算する手段と、
前記誤差の時系列の第k番目の要素のみを取り出したM個の要素を含んだデータの分散を計算する手段と、
前記誤差の時系列における第i番目の要素のみからなるM個のデータと、第j番目の要素のみからなるM個のデータとの共分散を、i≠jである全ての(i,j)の組にわたって計算する手段と、
計算により求められた結果からN×Nの要素を含む分散共分散マトリクスを作成し、
前記分散共分散マトリクスを用いて多変量同時確率分布を計算する手段と、
前記多変量同時確率分布に基づいてN個の要素を含んだ乱数の組をK回発生する手段と、
前記乱数の組からK通りの予測シナリオを作成する手段と
を備えることを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測シナリオ作成装置。
ただし、N,M,i,j,kは、何れも正の整数とする。
を提供するものである。
In order to achieve the above object, in the present invention,
In a method for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object based on actual values in a predetermined period in the past,
Time-series data including N elements that are predicted values of a past predetermined period of time-varying future demand, and time-series data including N elements that are actual values of the past predetermined period , Store over the past M fluctuation cycles,
Subtracting the time series of the predicted values and the time series of the actual values for each of the M fluctuation periods, and calculating M time series of errors including the N elements,
Calculating a variance of data including M elements obtained by extracting only the k-th element of the error time series;
The covariance between M data consisting only of the i-th element of the error time series and M data consisting only of the j-th element is all (i, j) where i ≠ j. Calculate over a set of
Create a variance-covariance matrix containing N × N elements from the results obtained by calculation,
Calculate a multivariate joint probability distribution using the variance-covariance matrix;
Generating a set of random numbers including N elements K times based on the multivariate joint probability distribution;
A forecast scenario creation method for future demand for a transaction object, characterized in that K forecast scenarios are created from the set of random numbers,
And a device for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object based on actual values for a predetermined period in the past,
Time-series data including N elements that are predicted values of a past predetermined period of time-varying future demand, and time-series data including N elements that are actual values of the past predetermined period Means for storing over the past M fluctuation cycles;
Means for subtracting the time series of the actual values from the time series of the predicted values and calculating M time series of errors including the N elements for each of the M fluctuation periods;
Means for calculating a variance of data including M elements obtained by extracting only the k-th element of the error time series;
The covariance of M data consisting only of the i-th element and M data consisting only of the j-th element in the time series of the errors is all (i, j) where i ≠ j. Means for calculating over a set of
Create a variance-covariance matrix containing N × N elements from the results obtained by calculation,
Means for calculating a multivariate joint probability distribution using the variance-covariance matrix;
Means for generating a set of random numbers including N elements K times based on the multivariate joint probability distribution;
And a means for creating K prediction scenarios from the set of random numbers.
However, N, M, i, j, and k are all positive integers.
Is to provide.
本発明は上述のように、将来需要に関する過去の予測値および実績値それぞれ複数の時系列データに誤差の時系列を加味した複数の時系列データを得て、この時系列データについての分散、共分散を求めてマトリクスを作成することにより多変量同時確率分布および乱数の組を求め、この乱数の組に応じた数の予測シナリオを作成するようにしたため、シナリオ密度を利用して需要を予測し易い予測シナリオを提供することができる。 As described above, the present invention obtains a plurality of time-series data obtained by adding a time series of errors to each of a plurality of time-series data of past predicted values and actual values related to future demand, and the distribution and sharing of the time-series data. Since a set of multivariate joint probability distributions and random numbers is obtained by creating a matrix by calculating variance, and a number of forecast scenarios according to the random number pairs are created, the demand is predicted using the scenario density. An easy prediction scenario can be provided.
本発明では、予測に誤差があることを前提にして複数の予測結果を用いて将来の現象を分析するという考え方を採用する。この複数の予測結果を「予測シナリオ」と呼ぶ。 The present invention adopts the concept of analyzing future phenomena using a plurality of prediction results on the assumption that there is an error in prediction. The plurality of prediction results are referred to as “prediction scenario”.
本発明は、将来の所定期間の将来需要量などのような時間的に連なった一連のデータの纏まりを複数のシナリオとして予測し、その期間の発電機や関連する装置の運転パターンを複数のシナリオとして再現し、その期間の総需要や売上げ、発電機や関連する装置の運転計画を、不確実性を含めて考慮し予測するためのシステムに関するものであり、以下のような特徴を持つ。 The present invention predicts a series of time series of data such as future demand in a predetermined period in the future as a plurality of scenarios, and sets the operation patterns of the generator and related devices in that period to a plurality of scenarios. It is related to a system for predicting the total demand and sales for that period, and the operation plan of the generator and related devices, including uncertainties, and has the following characteristics.
次いで、図1ないし図7を参照して本発明の概要を説明する。 Next, the outline of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の予測方法を示した概念図である。この場合、典型的には過去の予測値および過去の実績値のみが用いられる。過去の予測値を得るためには、過去において何らかの予測モデルAが用いられた訳であるが、この予測モデルAの方法に関しては本発明では何であっても構わない。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing a prediction method of the present invention. In this case, typically only the past predicted value and the past actual value are used. In order to obtain past prediction values, some kind of prediction model A has been used in the past, but the method of this prediction model A may be anything in the present invention.
過去の実績値と過去の予測値との差から、過去の誤差データが得られる。これは、過去の一日、一週間または一ヶ月など、所定周期毎に計算され、データが存在する日数、週数または月数分だけ誤差データの組が得られる。この誤差データの組が、K個(K≧2)あるとする。 Past error data is obtained from the difference between the past actual value and the past predicted value. This is calculated every predetermined period such as the past day, week or month, and sets of error data are obtained for the number of days, weeks or months for which data exists. It is assumed that there are K error data sets (K ≧ 2).
一方、将来の予測値は、たとえば予測モデルAによって予測される訳であるが、本発明では上記誤差データの組を用いて、将来の予測結果の誤差を評価するところに特徴がある。 On the other hand, the future predicted value is predicted by, for example, the prediction model A. The present invention is characterized in that the error of the future prediction result is evaluated using the above-described error data set.
すなわち、K個の誤差データの組から各時間の誤差を計算し、また、各時刻の誤差の間の相関を計算して、各時刻の誤差の分散(標準偏差の自乗)だけでなく、各時刻間の誤差の共分散を計算して各時刻間の誤差の関係を求める。 That is, the error at each time is calculated from a set of K error data, and the correlation between the errors at each time is calculated, not only the variance of the error at each time (square of the standard deviation) but also each The error covariance between times is calculated to obtain the error relationship between each time.
以下では、予測を行なう周期を一日とし、予測を行なう時間間隔を1時間とし、各誤差データが24個の誤差を持つ場合を例にとって具体的に説明する。上記K個の誤差データの組から、各時刻毎にK個の誤差を集めてきてi番目の時刻のK個の誤差値の分散viを計算する。 In the following, the case where the prediction cycle is one day, the time interval for prediction is one hour, and each error data has 24 errors will be specifically described as an example. From the set of K error data, K errors are collected at each time, and a variance vi of K error values at the i-th time is calculated.
これを各時刻毎に行うと、24個の分散データ(i=1〜24)が得られる。分散を計算するためには、Kは最低でも2以上である必要がある。次に、各時刻間の共分散を計算する。これは、時刻1のK個の誤差値と時刻2のK個の誤差値との共分散v1,2、時刻1のK個の誤差値と時刻3のK個の誤差値の共分散v1,3,…,時刻23のK個の誤差値と時刻24のK個の誤差値の共分散v23,24などのように計算を行なう。
When this is performed at each time, 24 pieces of distributed data (i = 1 to 24) are obtained. In order to calculate the variance, K needs to be at least 2 or more. Next, the covariance between each time is calculated. This is the covariance v1,2 of the K error values at
この場合、24個の時刻から重複を許さず2個の組を選ぶ組み合わせの数である276個の共分散が得られる。これらの分散、共分散によって誤差データの特徴が決定される。 In this case, 276 covariances, which are the number of combinations for selecting two sets without allowing duplication from 24 times, are obtained. The characteristics of error data are determined by these variances and covariances.
次に、本発明の予測シナリオを作成する方法を説明する。各時刻の誤差は、予測モデルが理想的であれば平均が0で、分散がviの正規分布に従うと考えられる。したがって、従来手法では、誤差は例えば標準偏差σi=(vi)0.5で評価されている。 Next, a method for creating a prediction scenario of the present invention will be described. The error at each time is considered to follow a normal distribution with an average of 0 and a variance of vi if the prediction model is ideal. Therefore, in the conventional method, the error is evaluated with the standard deviation σi = (vi) 0.5, for example.
一方、本発明では誤差をシナリオとして評価するために、各時刻の分散(あるいは標準偏差)だけでなく、各時刻間の共分散を用いる。この共分散データから誤差シナリオを作成するためには、例えばN次元の正規分布を用いる。N次元の正規分布とは、下記式1のような確率密度関数に従う分布である。
On the other hand, in the present invention, in order to evaluate an error as a scenario, not only the variance (or standard deviation) of each time but also the covariance between each time is used. In order to create an error scenario from this covariance data, for example, an N-dimensional normal distribution is used. The N-dimensional normal distribution is a distribution according to a probability density function as shown in
N次元のべクトル x = ( x1, x2, x3, ..., xN ) が多変量正規分布に従う場合、xが満たす確率密度関数は、x の期待値ベクトルμ = ( μ1, μ2, μ3, ..., μN ) を用いて下記式1すなわち、
と表される。また、Σは、下記式2すなわち、
で計算される分散共分散行列である。
When an N-dimensional vector x = (x1, x2, x3, ..., xN) follows a multivariate normal distribution, the probability density function that x satisfies is the expected value vector of x μ = (μ 1 , μ 2 , μ 3 , ..., μ N ) Using the following
It is expressed. In addition, Σ is the
Is the variance-covariance matrix calculated by
本発明では、例えばN次元正規分布に従う乱数(N次元の正規乱数)を多数発生させ、この組を時系列データとみなして、誤差シナリオを構成する。前述の例では、N=24である。N次元の正規乱数は、各乱数が相互に関連を持っており、この関連は上記式2の分散共分散マトリクスによって表現される。
In the present invention, for example, a large number of random numbers (N-dimensional normal random numbers) according to an N-dimensional normal distribution are generated, and this set is regarded as time series data to constitute an error scenario. In the above example, N = 24. In the N-dimensional normal random number, each random number is related to each other, and this relationship is expressed by the variance-covariance matrix of the
以上の方法でM個の乱数の組を発生させることにより、M個の誤差シナリオが得られる。Mの値は完全に任意であり、Kの値やNの値には依存しない。例えば、過去の実績データが2日分しかなくても、100万通りのシナリオを発生させることもできる。 By generating a set of M random numbers by the above method, M error scenarios are obtained. The value of M is completely arbitrary and does not depend on the value of K or the value of N. For example, one million scenarios can be generated even if there are only two days of past performance data.
M個の誤差シナリオと、元の予測モデルによって予測された将来の予測値を加えることで、M個の予測シナリオが得られる。最終的には、予測値と合わせてM+1個の予測シナリオが得られることになる。 By adding M error scenarios and future prediction values predicted by the original prediction model, M prediction scenarios are obtained. Eventually, M + 1 prediction scenarios are obtained together with the prediction values.
なお、乱数を発生させるための確率密度分布は正規分布に限る必要はなく、例えば、指数分布、ポアソン分布、対数正規分布やワイブル分布などを用いることもできる。通常は正規分布を用いるが、過去の誤差データを調べたときに明らかに正規分布からずれていると判断された場合には、その分布を近似できるような確率分布を用いることが望ましい。 Note that the probability density distribution for generating random numbers need not be limited to a normal distribution. For example, an exponential distribution, a Poisson distribution, a log normal distribution, a Weibull distribution, or the like can be used. Normally, a normal distribution is used. However, when past error data is examined, when it is determined that there is a clear deviation from the normal distribution, it is desirable to use a probability distribution that can approximate the distribution.
図2は、上記のようにして得られたシナリオのイメージ図である。図中の太線1は、何らかの予測手法で得られた予測結果であり、従来手法による予測値に対応する。予測手法は、過去に用いられた予測手法と同じであることが望ましいが、必ずしも同じである必要はない。図2中に描かれた多数の細線3が、予測シナリオである。
FIG. 2 is an image diagram of the scenario obtained as described above. A
この図2には、細線が5本しか描かれていないが、実際には非常に多数のシナリオを容易に作成することができる。しかも、この予測シナリオの線のその近くにおける本数密度が、その線の発生確率に比例している。 Although only five thin lines are drawn in FIG. 2, in practice, a very large number of scenarios can be easily created. Moreover, the number density in the vicinity of the line of this prediction scenario is proportional to the probability of occurrence of the line.
したがって、例えばこれが将来需要(売上げ)の予測シナリオであるとすると、全ての予測シナリオに関して、各時刻毎に電力価格を掛けて合計しシナリオ数で割ると、売上げの期待値を計算することができる。 Therefore, for example, if this is a forecast scenario of future demand (sales), the expected value of sales can be calculated by multiplying the power price at each time and summing up and dividing by the number of scenarios for all forecast scenarios. .
電力価格が一定の場合には、誤差の平均が0であれば、従来手法による売上げと本発明の売上げとは一致するが、価格が需要の関数になっている場合などには結果が異なる。 When the power price is constant, if the average error is 0, the sales according to the conventional method coincide with the sales according to the present invention, but the result differs when the price is a function of demand.
また、価格が一定であっても、予測モデルが正確でない場合(誤差の平均が0でない場合)には、従来の方法で計算される値と上記の方法によって計算される平均値とは異なり、本発明を用いることにより、より正確な平均値を計算することができる。予測モデルが理想的であれば、多数の予測された需要パターンと対応する実績値との誤差は、各時刻において平均値が0になるであろう。 Also, even if the price is constant, if the prediction model is not accurate (when the error average is not 0), the value calculated by the conventional method is different from the average value calculated by the above method, By using the present invention, a more accurate average value can be calculated. If the prediction model is ideal, the error between a number of predicted demand patterns and the corresponding actual value will be zero at each time.
一方、各時刻の誤差の標準偏差は一定とは限らず、例えば昼間の標準偏差は大きく、夜間は小さい値を取ると考えられる。さらに、各時刻の誤差は、前後の時間の誤差と関連がある。 On the other hand, the standard deviation of the error at each time is not always constant. For example, it is considered that the standard deviation in the daytime is large and takes a small value at night. Furthermore, the error at each time is related to the error between the previous and subsequent times.
例えば、午後1時の予測がプラス側にずれた場合、午後2時の予測もプラス側にずれると考えられる。これは、予測モデルの欠陥ではなく、午後1時の予測がずれる原因となった事象(気温が予測より高かったこと等)が、午後2時にも継続している可能性が高いためである。 For example, if the prediction at 1:00 pm shifts to the plus side, the prediction at 2:00 pm is also considered to shift to the plus side. This is because there is a high possibility that the event that caused the prediction at 1 pm to deviate (eg, the temperature was higher than the prediction) continued at 2 pm, rather than a defect in the prediction model.
図2の細線1本ずつで描かれた各シナリオにはそれぞれ意味があり、単なる誤差を並べたものとは異なっている。したがって、殆どの予測シナリオが予測値1の上側に集中したり、下側に集中したりすることもあり得る。また、場合によっては、図中の点線4のように、初めは予測値の下側を通り、後半では予測値の上側を通るようなシナリオも考えられる。
Each scenario depicted by one thin line in FIG. 2 has a meaning, and is different from a simple arrangement of errors. Therefore, most prediction scenarios may concentrate on the upper side of the predicted
本発明では、過去の実績データと予測値との関係から、実際にそのような可能性が僅かでも存在すれば、非常に多数のシナリオを作成することで、正しい確率でそのようなシナリオが再現される。すなわち、非常に理想的な予測モデルを用いても誤差に系列相関は生じる訳であり、系列相関が存在するからといって予測モデルを修正する必要はない。 In the present invention, from the relationship between past performance data and predicted values, if such a possibility actually exists, by creating a very large number of scenarios, such a scenario can be reproduced with the correct probability. Is done. That is, even if a very ideal prediction model is used, a series correlation occurs in the error, and it is not necessary to correct the prediction model just because a series correlation exists.
図3は、本発明にしたがって誤差シナリオを計算した例である。図3-a)は、過去の5日分の予測結果と実績値とを示している。図3-b)は、予測結果と実績値とから計算した5日分の誤差データである。図3-c)は、5日分の実績値を重ねて表示したものである。図3-d)は、5日分の予測値を重ねて表示したものである。図3-e)は、5日分の誤差データを重ねて表示したものである。そして、図3-f)は、図3-e)の誤差データから分散共分散行列を計算し、30組の乱数を発生させて30通りのシナリオを作成した例である。 FIG. 3 is an example of calculating an error scenario according to the present invention. Fig. 3-a) shows the prediction results and actual values for the past five days. Fig. 3-b) shows the error data for 5 days calculated from the prediction result and the actual value. Fig. 3-c) shows the results for five days superimposed. Fig. 3-d) shows the predicted values for 5 days superimposed. Fig. 3-e) shows the error data for 5 days superimposed. FIG. 3F shows an example in which a variance-covariance matrix is calculated from the error data shown in FIG. 3-E) and 30 sets of random numbers are generated to create 30 scenarios.
誤差データ間の関係を見るためには、分散や共分散よりも相関係数の方が分り易い。分散共分散行列の各項は分散、共分散の値であるため、生データの散らばり具合に対応する量である。一方、相関係数ρ(xi,xj)は、下記式3すなわち、
図4は、最終的に得られた予測シナリオの例を示している。この場合は、30本のシナリオを作成しているが、シナリオの本数に制限はない。この場合には、元の予測値付近にシナリオが集中しており、元の予測値が最も確からしいシナリオになっている。あるシナリオ付近のシナリオの本数の密度が、そのシナリオが発生する確率に比例している。シナリオの本数を増やすことにより、より精度の高い予測を行なうことができる。 FIG. 4 shows an example of the prediction scenario finally obtained. In this case, 30 scenarios are created, but the number of scenarios is not limited. In this case, the scenarios are concentrated in the vicinity of the original predicted value, and the original predicted value is the most probable scenario. The density of the number of scenarios near a scenario is proportional to the probability that the scenario will occur. By increasing the number of scenarios, more accurate prediction can be performed.
図5は、図3の場合の相関係数行列である。行列の対角項が全て1になっているのは当然であるが、(1,1)項と(1,2)項のように隣り合う項の相関係数が比較的に高く、(1,24)項のように、時間的に離れた場所のデータの相関係数は比較的に小さい。 FIG. 5 is a correlation coefficient matrix in the case of FIG. Naturally, the diagonal terms of the matrix are all 1, but the correlation coefficients of adjacent terms such as the (1,1) term and the (1,2) term are relatively high, (1 , 24), the correlation coefficient of the data at locations separated in time is relatively small.
また、将来需要の場合には、(1,2)項や(23,24)項のような深夜のデータに比べて、(12,13)項などのように昼間のデータの誤差間の相関の方が高くなる。図5では、これらは全て「1.00」になっているが、桁数が小さいためであり、厳密にはこれらは1に非常に近いが1ではない。 Further, in the case of future demand, the correlation between daytime data errors as in (12, 13) is compared with late-night data as in (1, 2) and (23, 24). Is higher. In FIG. 5, these are all “1.00” because the number of digits is small. Strictly speaking, they are very close to 1 but not 1.
一日の将来需要の時系列データの予測を行なった結果、最大値はそれほど変わらないが、需要の立ち上がり時刻が異なるために予測に誤差が生じる場合がある。 As a result of predicting the time-series data of the future demand of the day, the maximum value does not change so much, but there may be an error in the prediction because the rise time of the demand is different.
図6は、このような場合の例を示している。図7a)は、過去3日間の予測値および実績値を示している。この場合、需要の立ち上がり時刻が微妙に変化している様子が分かる。図7b)は、本発明の手法によって作成した需要のシナリオである。立ち上がり時刻に誤差が生じ易いというデータの特徴を捉えたシナリオが、作成されていることが分かる。 FIG. 6 shows an example of such a case. FIG. 7a) shows the predicted values and actual values for the past three days. In this case, it can be seen that the rise time of demand is slightly changed. FIG. 7b) is a demand scenario created by the method of the present invention. It can be seen that a scenario has been created that captures the characteristics of data that errors are likely to occur at the rise time.
以下、図8ないし図12を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図8は、本発明の第1の実施例を示したものである。この第1の実施例では、まず過去のK期間分のN個の実績データ101とN個の予測データ102とから誤差計算機能103によりK組の誤差データ104を作成し、分散共分散計算機能105を用いて1〜Nの各時刻のデータK個からN×Nの分散共分散行列106を作成し、乱数発生機能111に与える。
FIG. 8 shows a first embodiment of the present invention. In the first embodiment, first, K sets of
乱数発生機能111には、M個のシナリオ数109および確率密度関数110が与えられ、発生した乱数を予測シナリオ作成機能112に与える。この予測シナリオ作成機能113には、予測手法115に基づく予測データ114が与えられ、(M+1)組の予測シナリオ116を作成する。この場合、元の予測モデルにより作成された予測値を加えてM+1通りのシナリオとしているが、必ずしも元の予測値を加える必要はない。
The random
図9は、本発明の第2の実施例を示したものである。この第2の実施例は、図8に示した第1の実施例に加えて、前処理として誤差モデルを作成するようにした例である。 FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention. The second embodiment is an example in which an error model is created as preprocessing in addition to the first embodiment shown in FIG.
そのために、データ選択機能124により、気象データ121、イベントデータ122および日タイプデータ123の少なくとも一つを選択し、誤差計算機能103で得られた過去の誤差データ103Aに加味して誤差データ104に与えるようにしている。他は、第1の実施例と同様である。
For this purpose, the
図10は、需要および価格の両方の予測シナリオを同時に作成した例である。ここでは、複数の予測対象として需要および価格を例にとって説明している。例えば電力市場においては、需要量および価格量の両方が変動し、両方を同時に予測する必要がある場合がある。 FIG. 10 shows an example in which both demand and price prediction scenarios are created simultaneously. Here, demand and price are described as an example of a plurality of prediction targets. For example, in the electricity market, both demand and price volumes may fluctuate and both may need to be predicted simultaneously.
このような場合にも、本発明をそのまま適用することができる。 Even in such a case, the present invention can be applied as it is.
すなわち、図10にあるように、需要および価格の過去の実績値および予測値から、需要の誤差データおよび価格の誤差データを作成する。このとき、需要は時刻1〜N、価格は時刻1〜N’において誤差データが得られたとする。
That is, as shown in FIG. 10, demand error data and price error data are created from past actual values and predicted values of demand and price. At this time, it is assumed that error data is obtained at
次に、このN+N’個のデータを連続した時系列であるとみなし、需要だけの予測シナリオを作成する場合と同様に、(N+N’)×(N+N’)の分散共分散行列を作成し、(N+N’)個の乱数の組をM通り発生させることができる。このようにして、需要シナリオと価格シナリオとを同時に作成することができる。 Next, the N + N ′ pieces of data are regarded as a continuous time series, and similarly to the case of creating a demand-only forecast scenario, a (N + N ′) × (N + N ′) variance-covariance matrix is created, M (N + N ′) random number sets can be generated. In this way, a demand scenario and a price scenario can be created simultaneously.
以上の予測シナリオ作成方法は、2次元の関数に限ったことではない。例えば、下記式4すなわち、
[式4] 需要=X(時刻)
価格=Y(時刻)
気温=Z(時刻)
のように表現されるとし、これらの予測モデルが作成されたとする。この場合、将来の予測シナリオは、3次元空間の軌跡として表現される。
The above prediction scenario creation method is not limited to a two-dimensional function. For example,
[Formula 4] Demand = X (time)
Price = Y (time)
Temperature = Z (time)
It is assumed that these prediction models are created. In this case, a future prediction scenario is expressed as a trajectory in a three-dimensional space.
図11は、本発明の第3の実施例を示しており、3次元空間における予測対象のシナリオを表示した例である。 FIG. 11 shows a third embodiment of the present invention, which is an example of displaying a scenario to be predicted in a three-dimensional space.
上記式4の右辺の括弧の中の変数は、一つである必要はない。例えば、需要が時刻と曜日とを変数とする関数であるとみなすと、3次元空間におけるシナリオを同様に考えることができる。
The number of variables in the parentheses on the right side of
さらには、これらのデータは時間的に連続したものである必要もない。多数の商品の価格を一列に並べたものや、全国の都道府県庁の所在地の最高気温を並べたものでもよい。ある予測モデルと、過去の実績値および予測値のデータが存在するものであれば、いかなる予測モデルの誤差評価およびシナリオ作成にも適用可能である。 Furthermore, these data need not be continuous in time. The price of many products may be arranged in a line, or the highest temperature of the prefectural offices nationwide. As long as a certain prediction model and past actual value and prediction value data exist, it is applicable to error estimation and scenario creation of any prediction model.
一般的には、予測対象がP個のデータの組で表現される場合、これらの予測モデルと、それぞれの過去の実績値および予測結果から、前記の方法で、NをPとみなすことにより、P個のデータの将来の予測値の組を多数作成することができる。 In general, when a prediction target is represented by a set of P data, from these prediction models and the past actual values and prediction results, by considering N as P in the above-described method, Many sets of future predicted values of P data can be created.
シナリオが作成された後に、各シナリオ毎に何らかの計算を施して評価値を求めることもできる。評価値としては、例えば各シナリオ毎の売上げ量、コスト、必要な材料の量、事故の確率等、何でもよい。 After the scenario is created, an evaluation value can be obtained by performing some calculation for each scenario. The evaluation value may be anything such as the amount of sales for each scenario, the cost, the amount of necessary materials, the probability of an accident, and the like.
図12は、視覚的に予測結果を理解し易くした例を示している。すなわち、評価値の大きい順や小さい順に並べて表示することで、重要なシナリオを判別することができる。この場合、表だけでなく、棒グラフなどで表示することにより視覚的に予測結果を理解し易くすることができる。 FIG. 12 shows an example in which the prediction result can be easily understood visually. That is, an important scenario can be discriminated by arranging and displaying the evaluation values in descending order or decreasing order. In this case, the prediction result can be easily understood visually by displaying not only a table but also a bar graph or the like.
また、幾つかのシナリオを纏めてそのシナリオの発生確率を評価し、発生確率順に並べることもできる。さらに、本発明によれば、これらのシナリオが発生する累積確率やパレート図を作成し、シナリオ作成者が予測結果を分析するために提供することもできる。 It is also possible to evaluate the probability of occurrence of several scenarios and arrange them in the order of occurrence probability. Furthermore, according to the present invention, cumulative probabilities and Pareto charts in which these scenarios occur can be created and provided for the scenario creator to analyze the prediction results.
1:予測値
2:エラーバー
3:予測シナリオ
4:予測シナリオの他の例
101:過去の実績データ
102:過去の予測データ
103:誤差計算機能
104:誤差データ
105:分散共分散計算機能
106:分散共分散行列
111:乱数発生機能
112:誤差シナリオ作成機能
113:予測シナリオ作成機能
114:予測データ
115:予測手法
116:予測シナリオ
121:気象データ
122:イベントデータ
123:日タイプデータ
124:データ選択機能
1: Prediction value 2: Error bar 3: Prediction scenario 4: Other examples of prediction scenario 101: Past performance data 102: Past prediction data 103: Error calculation function 104: Error data 105: Variance covariance calculation function 106: Covariance matrix 111: Random number generation function 112: Error scenario creation function 113: Prediction scenario creation function 114: Prediction data 115: Prediction method 116: Prediction scenario 121: Weather data 122: Event data 123: Day type data 124: Data selection function
Claims (9)
周期的に変動する将来需要の、過去の所定期間の予測値であるN個の要素を含んだ時系列データ、および前記過去の所定期間の実績値であるN個の要素からなる時系列データを、過去のM回の変動周期にわたって保存し、
前記M回の変動周期毎に、前記予測値の時系列から前記実績値の時系列を差し引いて前記N個の要素を含んだ誤差の時系列をM通り計算し、
前記誤差の時系列の第k番目の要素のみを取り出したM個の要素を含んだデータの分散を計算し、
前記誤差の時系列における第i番目の要素のみからなるM個のデータと、第j番目の要素のみからなるM個のデータとの共分散を、i≠jである全ての(i,j)の組にわたって計算し、
計算により求められた結果からN×Nの要素を含む分散共分散マトリクスを作成し、
前記分散共分散マトリクスを用いて多変量同時確率分布を計算し、
前記多変量同時確率分布に基づいてN個の要素を含んだ乱数の組をK回発生し、
前記乱数の組からK通りの予測シナリオを作成する
ことを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測シナリオ作成方法。
ただし、N,M,i,j,kは、何れも正の整数とする。 In a method for creating a scenario for forecasting future demand related to a transaction object based on actual values for a predetermined period in the past,
Time-series data including N elements that are predicted values of a past predetermined period of time-varying future demand, and time-series data including N elements that are actual values of the past predetermined period , Store over the past M fluctuation cycles,
For each of the M fluctuation cycles, subtract the time series of the actual values from the time series of the predicted values to calculate M time series of errors including the N elements,
Calculating a variance of data including M elements obtained by extracting only the k-th element of the error time series;
Covariances of M data consisting only of the i-th element and M data consisting only of the j-th element in the time series of errors are all (i, j) where i ≠ j. Calculate over a set of
Create a variance-covariance matrix containing N × N elements from the results obtained by calculation,
Calculate a multivariate joint probability distribution using the variance-covariance matrix;
Generating a set of random numbers including N elements K times based on the multivariate joint probability distribution;
A forecast scenario creation method for future demand for a transaction object, characterized in that K forecast scenarios are created from the set of random numbers.
However, N, M, i, j, and k are all positive integers.
作成した予測シナリオ毎に、各シナリオに依存する量を与えられた式に基づいて計算し、各シナリオ毎の上記量を比較し、
シナリオ番号順、昇順あるいは降順に並べて、表、グラフまたはヒストグラム等によって表示することを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測シナリオ作成方法。 In the method for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object according to claim 1,
For each forecast scenario created, calculate the amount depending on each scenario based on the given formula, compare the above amount for each scenario,
A method for creating a scenario for forecasting future demand related to a transaction object, wherein the scenario is displayed in a table, graph, histogram or the like in order of scenario number, ascending order or descending order.
多変量同時確率分布として、多変量正規分布を用いることを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測シナリオ作成方法。 In the method for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object according to claim 1,
A method for creating a scenario for forecasting future demand for a trading object, wherein a multivariate normal distribution is used as the multivariate simultaneous probability distribution.
誤差データを作成する場合に、予測対象の期間と、同じ曜日、同じ月もしくは同じ年またはこれらの組み合わせにより、共通性のある日のデータを選択して誤差データを作成することを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測シナリオ作成方法。 In the method for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object according to claim 1,
When creating error data, a transaction characterized by selecting common date data based on the forecast period and the same day of the week, the same month or the same year, or a combination of these, and creating error data How to create forecast scenarios for future demand for objects.
誤差データを作成する場合に、予測対象の期間と、期間内の最高気温、平均気温もしくは最低気温の値の一つまたは二つ以上の値の差が所定値以下になるデータを選択して誤差データを作成することを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測シナリオ作成方法。 In the method for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object according to claim 1,
When creating error data, select the data for which the difference between the forecast period and one or more of the maximum temperature, average temperature, or minimum temperature value within the period is less than the specified value. A method for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object, characterized by creating data.
二つ以上の予測対象と、それぞれに対応する二つ以上の予測モデルと、それぞれの過去の実績値および予測結果から、二つ以上の予測対象それぞれの取引対象物の予測シナリオを作成することを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測シナリオ作成方法。 In the method for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object according to claim 1,
Create forecast scenarios for each of the two or more forecast targets from two or more forecast targets, two or more forecast models corresponding to each, and past actual values and forecast results. A method for creating a scenario for forecasting future demand for a characteristic transaction object.
予測対象がL個の数値の組からなり、各予測対象が幾つかの変数によって定義される場合、各予測対象それぞれの取引対象物の予測シナリオを、L次元空間の軌跡として作成することを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測シナリオ作成方法。 In the method for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object according to claim 1,
When the prediction target is composed of a set of L numerical values and each prediction target is defined by some variables, a prediction scenario of each transaction target for each prediction target is created as a trajectory in the L-dimensional space. A method for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object.
予測対象がP個のデータの組で表現される場合、これらの予測モデルと、それぞれの過去の実績値および予測結果から、N個の要素を含む時系列をP個のデータの組とみなすことにより、P個のデータの取引対象物の予測値の組を一つ以上作成することを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測値作成方法。 In the method for creating a scenario for forecasting future demand for a transaction object according to claim 1,
When a prediction target is expressed by a set of P data, a time series including N elements is regarded as a set of P data from these prediction models, past actual values, and prediction results. A method for creating a predicted value of a future demand for a transaction object, wherein one or more pairs of prediction values of the transaction object of P pieces of data are created.
周期的に変動する将来需要の、過去の所定期間の予測値であるN個の要素を含んだ時系列データ、および前記過去の所定期間の実績値であるN個の要素からなる時系列データを、過去のM回の変動周期にわたって保存する手段と、
前記M回の変動周期毎に、前記予測値の時系列および前記実績値の時系列を差し引いて前記N個の要素を含んだ誤差の時系列をM通り計算する手段と、
前記誤差の時系列の第k番目の要素のみを取り出したM個の要素を含んだデータの分散を計算する手段と、
前記誤差の時系列における第i番目の要素のみからなるM個のデータと、第j番目の要素のみからなるM個のデータの共分散を、i≠jである全ての(i,j)の組にわたって計算する手段と、
計算により求められた結果からN×Nの要素を含む分散共分散マトリクスを作成し、
前記分散共分散マトリクスを用いて多変量同時確率分布を計算する手段と、
前記多変量同時確率分布に基づいてN個の要素を含んだ乱数の組をK回発生する手段と、
前記乱数の組からK通りの予測シナリオを作成する手段と
を備えることを特徴とする取引対象物に関する将来需要の予測シナリオ作成装置。
ただし、N,M,i,j,kは、何れも正の整数とする。 In a device that creates a scenario for forecasting future demand related to a transaction object based on actual values for a predetermined period in the past,
Time-series data including N elements that are predicted values of a past predetermined period of time-varying future demand, and time-series data including N elements that are actual values of the past predetermined period Means for storing over the past M fluctuation cycles;
Means for subtracting the time series of the predicted values and the time series of the actual values and calculating M time series of errors including the N elements for each of the M fluctuation periods;
Means for calculating a variance of data including M elements obtained by extracting only the kth element of the time series of the error;
The covariance of M data consisting only of the i-th element and M data consisting only of the j-th element in the time series of the error is represented by all (i, j) where i ≠ j. Means to calculate across the set;
Create a variance-covariance matrix containing N × N elements from the results obtained by calculation,
Means for calculating a multivariate joint probability distribution using the variance-covariance matrix;
Means for generating a set of random numbers including N elements K times based on the multivariate joint probability distribution;
Means for creating K prediction scenarios from the set of random numbers; and a forecast scenario creating device for future demand related to a transaction object.
However, N, M, i, j, and k are all positive integers.
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