Какво е прогнозиране?
Прогнозирането е разработването на прогноза; В тесния смисъл на думата, тя е специална
Необходимостта от прогноза се дължи на желанието да се знаебъдещи събития, което е надеждно, по принцип е невъзможно въз основа на статистически (грешки на текущите оценки), вероятностни (многовариантност на последиците), емпирични (методологични грешки на модели), философски (ограничени текущи познания) принципи.
Точността на всяка прогноза се дължи на:
- обема на „истинските“ (проверени с известна грешка) първоначални данни и периода на тяхното събиране;
- обемът на непроверените изходни данни и периодът на тяхното събиране;
- свойства на прогнозиращия обект и системата за взаимодействието му с прогнозиращия субект;
- методи и модели за прогнозиране.
С увеличаване на набора от фактори, влияещи върху точността на прогнозата, той практически се заменя с рутинни изчисления с определена грешка в стационарно състояние.
Прогнозите са разделени (условно):
- по термини: краткосрочен, средносрочен, дългосрочен, дългосрочен;
- по мащаб: частен, местен, регионален, секторен, държавен, световен (глобален);
- по отговорност (авторство): лично, на ниво предприятие (организация), на ниво държавни органи.
Основните методи за прогнозиране включват:
- статистически методи;
- експертна преценка (например методът Delphi);
- методи за моделиране, включително симулация;
- интуитивен (т.е. направен без използване на технически средства, импровизиран, „в ума“ от специалист, който има опит в използваните преди това научни методи в този тип прогнози).
Статистически методи за прогнозиране
Статистическите методи за прогнозиране са научна и образователна дисциплина, чиито основни задачи включват разработването, изучаването и прилагането на съвременни математически и статистически методи за прогнозиране въз основа на обективни данни.
Развитие на теорията и практикатавероятностно-статистическо моделиране на експертни методи за прогнозиране; методи за прогнозиране при рискови условия и комбинирани методи за прогнозиране, използващи съвместно икономико-математически и иконометрични (както математико-статистически, така и експертни) модели.
Научната основа на методите за статистическо прогнозиране е приложената статистика и теория на решенията.
Най-простите методи за реконструиране на зависимости, използвани за прогнозиране, се основават на даден времеви ред, т.е. функция, дефинирана в краен брой точки на времевата ос.
Оценяване на точността на прогнозата (по-специално сизползване на доверителни интервали) е необходима част от процедурата за прогнозиране. Обикновено се използват вероятностно-статистически модели за възстановяване на зависимостта, например те изграждат най-добрата прогноза, използвайки метода на максималната вероятност.
Параметричен (обикновено се базира нанормални модели на грешки) и непараметрични оценки на точността на прогнозата и границите на доверие за нея (въз основа на централната гранична теорема на теорията на вероятностите). Използват се и евристични техники, които не се основават на вероятностно-статистическа теория, например методът на подвижната средна стойност.
Многовариантната регресия, включително използването на непараметрични оценки на плътността на разпределението, в момента е основният инструмент за статистическо прогнозиране.
Нереалистично предположение за нормалностНе е необходимо да се използват грешки при измерване и отклонения от регресионната линия (повърхност); въпреки това, за да се изостави предположението за нормалност, е необходимо да се разчита на различен математически апарат, базиран на многомерната централна гранична теорема на теорията на вероятностите, технологията за линеаризация и наследяването на конвергенцията.
Прогнозни приложения
За прогнозиране с помощта на времеви редове обикновено е такаизползвайте компютърни програми. Това ви позволява да автоматизирате повечето от операциите при изграждане на прогноза и също така ви позволява да избягвате грешки, свързани с въвеждането на данни и изграждането на модели.
Такива приложения могат да бъдат както локални (заизползване на един компютър) и интернет приложения (достъпни например като уебсайт). Програми като R, SPSS, Statistica, Forecast Pro, Forecast Expert трябва да бъдат разграничени като локални приложения.
Какво може да се предскаже?
- време
Грешките в изчисленията на бъдещите състояния на атмосферата и други хаотични системи се натрупват с времето, така че прогнозата за времето за ден напред е много по-добра, отколкото за месец.
Въпреки това, точносттанараства постепенно: съвременните петдневни прогнози са също толкова добрикакто преди 40 години - еднодневна. Полезна прогноза може да бъде направена за девет до десет дни. А границата на предвидимост за класическите модели, според Александър Чернокулски, е две седмици.
Всички тези модели са изградени на същия принцип.Времето се описва с няколко основни уравнения, които се решават стъпка по стъпка чрез заместване на данни от наблюдения, а не в общ вид, както се учи в училище - те просто не могат да бъдат решени по този начин.
За да не изпадне в неудобно положение, както някога Лоренц, моделът се изпълнява 10-20 пъти, като леко се променят първоначалните стойности - добавя се шум, за да се обмислят различни опции.
- Магнитни бури
Учените от цял свят работят от 70 годиниза да разберете причините за необичайното нагряване на слънчевата корона. Този процес е свързан с магнитни бури, които все още са невъзможни за точно прогнозиране.
Температура на слънчевата корона - външен слойатмосферата на Слънцето - е около 1 милион градуса по Целзий, а на места достига почти 10 милиона.Но долната атмосфера достига само 5,5 хиляди градуса.
В резултат на това заключението е: колкото по-далеч от центъра на Слънцето, толкова по-горещо е то, въпреки че вътре в него е обратното. Механизмът, по който работи това нагряване на короната, все още е неясен.
Размножаване на вълните Алфвен Самараучените изследват с помощта на уравненията на динамиката на магнитния газ. Въз основа на резултатите от работата учените ще представят системи от уравнения, които математически точно описват различни параметри и модели на нагряване на слънчевата коронална плазма.
- Вулканични изригвания
Изследователи от Станфордския университетанализира местоположението на оливиновите кристали, които замръзнаха в лава след изригването на вулкана Килауеа. Така учените успяха да открият подробности за процесите, протичащи в земните недра - тази информация ще помогне да се предвидят бъдещи изригвания.
Учените обясниха, че са се опитали да творяталгоритъм за прогнозиране на вулканични изригвания. Въпреки това, много от процесите, които биха могли да предполагат това, се извършват дълбоко под земята в лавови тръби. След изригване всички подземни маркери, които биха могли да дадат улики на изследователите, се унищожават в почти всички случаи.
Така че изследователите се съсредоточиха върху изучаването на кристали оливин, които се образуваха по време на масивно изригване на Хаваите преди повече от половин век.
След това изследователите от СтанфордУниверситетите намериха начин да тестват компютърни модели на магмен поток, които според тях биха могли да разкрият повече данни за минали изригвания и евентуално да помогнат да се предскажат бъдещи.
- Пожари
Университетски пожарни лабораторни изследванияИмето на Бригъм Йънг в Съединените щати дава по-точна картина за това откъде започват горските пожари и как се разпространяват. Учените са уверени, че всякакви нови данни, които ще помогнат за контролиране на природните бедствия, ще спестят на бюджета на страната милиони долари.
Проучванията показват, че химичният съставхрастите са от съществено значение за това колко бързо изгарят. Видът на растението, открито близо до огън, може да помогне да се предскаже как ще се разпространи огънят и колко бързо може да се разпространи върху други видове растения.
Експериментът има за цел да се подобримодели за прогнозиране на пожари. Тъй като годишно струват на американската горска служба и правителствените агенции милиарди долари, всяко изследване, което може да помогне за по-ефективното гасене на пожари, е от съществено значение, отбелязват изследователите.
- Изменението на климата
Изследователи от Норвежкото бизнес училище в Ослосъздаде математически модел на изменението на климата, според който след спирането на всички емисии повишаването на температурата ще продължи поне още 100 години
Изследователите са използвали в своя моделинформация за климата от 1850 г. до наши дни. Въз основа на това те прогнозираха как глобалните температури ще се променят и колко морското равнище ще се повиши преди 2500.
В резултат на това се оказа, че ако пикът на емисиитепарниковите газове ще се появят около 2030 г. и до 2100 г. ще паднат до нула, след което до 2500 г. глобалните температури все още ще бъдат с три градуса по-високи, а морските нива ще бъдат с 2,5 м по-високи, отколкото през 1850 г. И това е най-благоприятната прогноза.
Въпреки че част от въглеродния диоксид от въздуха ще се абсорбира от биомасата, почвата и океаните, това по никакъв начин няма да спре глобалното затопляне. Точката за невъзвръщаемост беше премината преди 2020 г.
Как можем да подобрим нашите прогнози?
В бъдеще качеството на данните ще се подобри благодарение наспектрорадиометри, радари и лидари (лазери) на нови спътници. Усъвършенстваните космически кораби вече са в състояние да насочват оборудването, ако е необходимо.
Друга обещаваща посока са измерванията с помощта на обикновени смартфони, оборудвани с всякакви сензори и друга потребителска електроника.
Има и друг проблем - с отдалечаванетомодел и нарастването на обема на данните, сложността на изчисленията нараства неимоверно. Например прогнозата за времето използва някои от най-мощните компютри в света.
Те са скъпи и производителността им е по-висока.не се увеличава със същата скорост: силициевите микросхеми почти няма къде да се подобрят. В допълнение, съвременните метеоролози имат наследство от милиони редове код, което прави изчисленията трудни за оптимизиране.
Прочетете още
Физиците са създали аналог на черна дупка и са потвърдили теорията на Хокинг. Къде води?
Учените са открили митичната частица на Одерон
Най-мистериозният природен феномен. Откъде идва кълбовидната мълния и как е опасно?