JPH10207857A - 時系列予測装置 - Google Patents

時系列予測装置

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JPH10207857A
JPH10207857A JP9007183A JP718397A JPH10207857A JP H10207857 A JPH10207857 A JP H10207857A JP 9007183 A JP9007183 A JP 9007183A JP 718397 A JP718397 A JP 718397A JP H10207857 A JPH10207857 A JP H10207857A
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JP
Japan
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time
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JP9007183A
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Katsumi Honma
克己 本間
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 与えられた予測モデルに対して、より高精度
な時系列予測を行うことが可能なパラメータを得るこ
と。 【解決手段】 評価手段3は、サンプルテスト法により
時系列モデル2の予測結果を評価する。すなわち、ある
予測方法が与えられた場合、サンプル時系列1から何点
かの初期値を選び、各初期値より時系列予測を行い、そ
れぞれの結果と対応する既知サンプルデータを比較する
ことにより、その予測方法の精度を評価する。最適化手
段4は、初期パラメータ5を遺伝子型データに変換し、
初期集団を作る。そして、上記評価手段3の評価結果に
基づき、淘汰、増殖、交叉、突然変異等の遺伝的アルゴ
リズムにおける遺伝的操作を行い上記集団をより高い適
応度をもつ集団に変化させ、得られた最適集団の中から
最適な染色体(個体)を選び、それに対応する最適パラ
メータ6を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】時系列予測は、株価予測、電
力需要予測等の様々な分野で利用されており、各分野と
も、高精度な予測技術が求められている。本発明は上記
した時系列予測を行うための時系列予測装置に関し、特
に本発明は、遺伝的アルゴリズムとサンプルテスト法を
用いた時系列データ予測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】時系列予測方法として、従来からAR
(オートレギュレーション)法、非線形予測法等の予測
方法が知られている。時系列予測を行うためには、上記
ARモデルの係数や、非線形予測における遅れ時間、埋
め込み次元等のパラメータを決定する必要がある。上記
パラメータを決定する方法として、従来から理論的およ
びヒューリスティックな方法で決定する方法が知られて
いるが、実データに適用するとさほど芳しい予測精度が
得られない場合が多く、より最適なパラメータを求める
手法が求められていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した事情
を考慮してなされたものであって、その目的とするとこ
ろは、遺伝的アルゴリズムとサンプルテスト法を用いる
ことにより、与えられた予測モデルに対して、より高精
度な時系列予測を行うことが可能なパラメータを得るこ
とである。
【0004】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理構成
図である。同図において、1はサンプル時系列、2は時
系列予測モデルであり、本発明においては、時系列予測
モデル2のパラメータを最適化することにより、高精度
な時系列予測を可能とする。3は上記時系列モデル2に
よる予測結果を評価する評価手段であり、本発明におい
て、例えば次のサンプルテスト法により予測結果を評価
する。すなわち、ある予測方式が与えられた場合、サン
プル時系列1から何点かの初期値を選び、各初期値より
時系列予測を行い、それぞれの結果と対応する既知サン
プルデータを比較することにより、その予測方法の精度
を評価する(本発明では上記手法をサンプルテスト法と
定義する)。
【0005】4は時系列予測モデル2のパラメータを最
適化する最適化手段である。本発明において、例えば次
の遺伝的アルゴリズムにより最適化を行う。すなわち、
最適化手段4は、初期パラメータ5が与えられたとき、
初期パラメータを遺伝子型データに変換し、遺伝子型デ
ータを持つ染色体を多数発生させて初期集団を作る。そ
して、上記評価手段の評価結果に基づき、淘汰、増殖、
交叉、突然変異等の遺伝的アルゴリズムにおける遺伝的
操作により、上記集団を、より高い適応度をもつ集団に
変化させ、得られた最適集団の中から最適な染色体(個
体)を選び、それに対応する最適パラメータ6を得る。
【0006】本発明においては、上記図1に示したよう
に、次のようにして前記課題を解決する。 (1)時系列モデルと、該時系列モデルの予測結果を評
価する評価手段と、上記時系列モデルのパラメータを最
適化する最適化手段とを備えた時系列予測装置におい
て、上記最適化手段が、上記評価手段の評価結果に基づ
き、遺伝的アルゴリズムを用いて上記時系列モデルのパ
ラメータに対応した染色体から構成される集団を、より
高い適応度を持つ集団に進化させることにより、上記時
系列モデルのパラメータを最適化する。 (2)時系列モデルと、該時系列モデルの予測結果を評
価する評価手段と、上記時系列モデルのパラメータを最
適化する最適化手段とを備えた時系列予測装置なおい
て、上記評価手段が、与えられたサンプル時系列から所
定の数の初期値を選定し、各初期値から上記時系列モデ
ルにより時系列予測を行い、それぞれの予測結果と既知
のサンプルデータを比較して上記時系列モデルによる予
測精度を評価する。 (3)上記(1)の評価手段と(2)の最適化手段を組
み合わせて、時系列予測装置を構成する。
【0007】
【発明の実施の形態】図2は本発明の実施例のブロック
図である。同図において、11はサンプル時系列であ
り、例えば次の(1)に示すN個の時系列データからな
る。 サンプル時系列:{x1,x2,....,xN } (1) 12は時系列予測モデルであり、時系列予測モデルは例
えば次の(2)式で表される。なお、下記式において、
yn はn時点の値、yn+1 はn+1時点における予測
値、b1〜bnは遺伝的アルゴリズム実行手段15によ
り得られた予測モデルのパラメータである。 yn+1 =F(yn;b1,b2,...,bn ) (2)
【0008】13は予測結果、14は予測結果を評価す
る評価手段であり、本実施例では後述するサンプルテス
ト法により予測結果を評価する。15は遺伝的アルゴリ
ズム実行手段、17は初期パラメータ、16は初期集団
生成手段であり、初期集団生成手段16は、初期パラメ
ータ17から遺伝子型データを持つ個体(染色体)を多
数発生させ、初期集団を生成する。遺伝的アルゴリズム
実行手段15は、上記初期集団が与えられると、初期集
団の各個体から時系列予測モデルのパラメータb1,b
2,…,bnを得て、時系列予測モデル12に与える。
時系列予測モデル12はサンプル時系列11から何点か
の初期値を選び、上記パラメータb1,b2,…,bn
により時系列予測を行う。予測結果13は評価手段14
に与えられ、評価手段14は上記予測結果と既知のサン
プルデータを比較して予測結果を評価する。
【0009】遺伝的アルゴリズム実行手段15は、上記
評価結果に基づき淘汰、増殖、交叉、突然変異等の遺伝
的アルゴリズムのスキームを実行し、得られた集団の各
個体から時系列予測モデル12のパラメータを得て、時
系列予測モデル12に与える。上記処理を繰り返すこと
により、集団をより適応度の高い集団に変化させ、得ら
れた最適集団の中から最適な個体(染色体)を選び、時
系列予測モデル12の最適パラメータ18を得る。
【0010】図3は本実施例の処理を示すフローチャー
トであり同図を参照しながら本実施例の処理を詳細に説
明する。なお、以下のステップS1〜S4は図3の各ス
テップに対応する。この例では、前記(1)に示したN
個のサンプル時系列および前記(2)に示した予測モデ
ルが与えられているとし、上記サンプル時系列に対し、
より最適なパラメータ{c1 ,....,cn }を求めること
を考える。 (a) ステップS1 まず、初期パラメータa1,a2,…を遺伝子型データ
で表現する。ここでは、図4に示すように、桁数Cを固
定し各パラメータaiをC桁2進表現したものをAiと
したとき、それらを単純に結合した下記の2進列Bを染
色体とする。すなわち、B=A1+A2+…+An(こ
こではプラス記号を「結合」の意味で用いている)を染
色体(個体)とする。
【0011】(b) ステップS2 上記(a) の遺伝子型データを持つ染色体を適当な方法
(例えばランダム発生法等)により多数発生させ初期集
団を作る。なお、上記初期集団を、理論式やヒューリス
テックで求めた初期パラメータを使用して生成させても
よい。 (c) ステップS3 サンプルテスト法により予測モデルにより予測結果を評
価しながら、例えば次のような淘汰、増殖、交叉、突然
変異といった遺伝的アルゴリズムにおける遺伝的操作を
繰り返し、上記初期集団をより高い適応度をもつ集団に
進化させる。 ・淘汰:予め定められた淘汰条件に従い評価値の低い個
体を削除する。 ・増殖:予め定められた増殖条件に従い評価値のよい個
体をコピーする。 ・交叉:予め定められた交叉条件に従い、2つの個体の
遺伝子の入れ替えを行う。なお、上記交叉操作を行う場
合、遺伝子全体に交叉を行うのではなく、図5に示すよ
うに各部分(Ai)同士に対して交叉を行う。 ・突然変異:予め定められた突然変異条件に従い、個体
の遺伝子を変化させる。
【0012】上記サンプルテスト法による適応度の評価
は次のように行われる。 サンプル時系列{x1,x2,....,xN }からテスト初期
値xi を選ぶ。 初期値yi =xi に対し、予測モデルで以下のよう
なQステップの予測を行う。 yi+q+1 =F(yi+q ; b1,...,bn )(q=0,...,Q-1) 以下の式でパラメータb1,...,bn の適応度S(b
1,...,bn )を計算する。このときのSの値が小さいも
のが適応度が高い。 S(b1,...,bn )=Σq |xi+q −yi+q | 例えば、図6に示すようにサンプル時系列x1,x2,....,x
N が与えられたとき、{xi }と{xi'}および{yi
}と{yi'}がなるべく一致する予測がより適応度が
高い予測となる。なお、簡単にするために、この例では
テスト初期値を一つとしたが、一般には複数のテスト初
期値を取ることにより更に高精度な結果を得ることがで
きる。また、適応度Sは上記式に限らず、予測が合うよ
うになるに従って値が減る(増える)ものであれば、基
本的にはどのような式を用いてもよい。
【0013】(d) ステップS4 上記(c) により得られた充分進化させた集団の中の最も
適応度が高い染色体(個体)を選出し、最適パラメータ
パラメータc1 ,....,cn を得る。なお、上記実施例で
は、サンプルテスト法による評価手法と遺伝的アルゴリ
ズムによる最適化手法とを組み合わせて時系列モデルの
パラメータを最適化しているが、上記サンプルテスト法
以外の手法を用いて予測結果の評価を行い、遺伝的アル
ゴリズムによりパラメータを最適化したり、あるいは、
上記サンプルテスト法により予測結果を評価し、上記遺
伝的アルゴリズム以外の最適化手法を用いて時系列モデ
ルのパラメータを最適化するようにしてもよい。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、サンプルテスト法を用いて時系列予測モデルの評価
を行い、また、遺伝的アルゴリズムを用いて時系列モデ
ルのパラメータの最適化を図っているので、与えられた
予測モデルに対して、より高精度な予測を行うことがで
きるパラメータを得ることが期待される。さらに、初期
集団として理論式やヒューリステックで求めたパラメー
タを採れば、より高い予測精度のパラメータが得られる
ことが期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】本発明の実施例のブロック図である。
【図3】本実施例の処理を示すフローチャートである。
【図4】本実施例におけるパラメータの遺伝子型データ
による表現を示す図である。
【図5】本実施例における交叉操作を説明する図であ
る。
【図6】本実施例におけるサンプルテスト法を説明する
図である。
【符号の説明】
1 サンプル時系列 2 時系列予測モデル 3 評価手段 4 最適化手段 5、 初期パラメータ 6 最適パラメータ 11 サンプル時系列 12 時系列予測モデル 13 予測結果 14 評価手段 15 遺伝的アルゴリズム実行手段 17 初期パラメータ 16 初期集団生成手段 18 最適パラメータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 時系列モデルと、該時系列モデルの予測
    結果を評価する評価手段と、上記時系列モデルのパラメ
    ータを最適化する最適化手段とを備えた時系列予測装置
    であって、 上記最適化手段は、上記評価手段の評価結果に基づき、
    遺伝的アルゴリズムを用いて上記時系列モデルのパラメ
    ータに対応した染色体から構成される集団を、より高い
    適応度を持つ集団に進化させることにより、上記時系列
    モデルのパラメータを最適化することを特徴とする時系
    列予測装置。
  2. 【請求項2】 時系列モデルと、該時系列モデルの予測
    結果を評価する評価手段と、上記時系列モデルのパラメ
    ータを最適化する最適化手段とを備えた時系列予測装置
    であって、 上記評価手段は、与えられたサンプル時系列から所定の
    数の初期値を選定し、各初期値から上記時系列モデルに
    より時系列予測を行い、それぞれの予測結果と既知のサ
    ンプルデータを比較して上記時系列モデルによる予測精
    度を評価することを特徴とする時系列予測装置。
  3. 【請求項3】 最適化手段は、上記評価手段の評価結果
    に基づき、遺伝的アルゴリズムを用いて、上記時系列モ
    デルのパラメータに対応した染色体から構成される集団
    を、より高い適応度を持つ集団に進化させることによ
    り、上記時系列モデルのパラメータを最適化することを
    特徴とする請求項2の時系列予測装置。
JP9007183A 1997-01-20 1997-01-20 時系列予測装置 Withdrawn JPH10207857A (ja)

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