Co je prognóza?
Předpovídání je vývoj prognózy; V užším slova smyslu je zvláštní
Potřeba prognózy je způsobena touhou vědětbudoucí události, které jsou spolehlivé, jsou v zásadě nemožné, a to na základě statistických (chyby současných odhadů), pravděpodobnostních (multivariance důsledků), empirických (metodologické chyby modelů), filozofických (omezené současné znalosti) principů.
Přesnost jakékoli předpovědi je způsobena:
- objem „skutečných“ (ověřených známou chybou) počátečních údajů a období jejich sběru;
- objem neověřených zdrojových dat a doba jejich sběru;
- vlastnosti předpovídaného objektu a systém jeho interakce s předpovídajícím subjektem;
- předpovědní metody a modely.
S nárůstem souboru faktorů ovlivňujících přesnost prognózy je prakticky nahrazen rutinními výpočty s určitou ustálenou chybou.
Prognózy jsou rozděleny (podmíněně):
- termíny: krátkodobé, střednědobé, dlouhodobé, dlouhodobé;
- podle měřítka: soukromé, místní, regionální, sektorové, země, svět (globální);
- podle odpovědnosti (autorství): osobní, na úrovni podniku (organizace), na úrovni státních orgánů.
Mezi hlavní předpovědní metody patří:
- statistické metody;
- odborný úsudek (například metoda Delphi);
- metody modelování, včetně simulace;
- intuitivní (tj. prováděné bez použití technických prostředků, improvizované, „v mysli“ odborníkem, který má zkušenosti s dříve používanými vědeckými metodami v tomto typu předpovědí).
Statistické předpovědní metody
Statistické metody prognózování jsou vědeckou a pedagogickou disciplínou, mezi jejíž hlavní úkoly patří vývoj, studium a aplikace moderních matematických a statistických metod prognózování založených na objektivních datech.
Rozvoj teorie a praxepravděpodobnostně-statistické modelování expertních prognostických metod; prognostické metody za rizikových podmínek a kombinované prognostické metody využívající společně ekonomicko-matematické a ekonometrické (matematicko-statistické i expertní) modely.
Vědeckým základem statistických předpovědních metod je aplikovaná statistika a teorie rozhodování.
Nejjednodušší metody pro rekonstrukci závislostí používané pro prognózování jsou založeny na dané časové řadě, tj. funkci definované v konečném počtu bodů na časové ose.
Posouzení přesnosti předpovědi (zejména spomocí intervalů spolehlivosti) je nezbytnou součástí prognostického postupu. Typicky se používají pravděpodobnostně-statistické modely obnovy závislosti, například sestavují nejlepší předpověď pomocí metody maximální věrohodnosti.
Parametrické (obvykle na základěmodely normální chyby) a neparametrické odhady přesnosti předpovědi a mezí spolehlivosti pro ni (na základě teorému centrální limity teorie pravděpodobnosti). Používají se také heuristické techniky, které nejsou založeny na pravděpodobnostně-statistické teorii, například metoda klouzavého průměru.
Vícerozměrná regrese, včetně použití neparametrických odhadů hustoty distribuce, je v současnosti hlavním statistickým předpovědním nástrojem.
Nereálný předpoklad normalityNení nutné používat chyby měření a odchylky od regresní přímky (plochy); k opuštění předpokladu normality je však nutné spoléhat se na jiný matematický aparát, založený na vícerozměrné centrální limitní větě teorie pravděpodobnosti, linearizační technologii a dědičnosti konvergence.
Předpovědní aplikace
U prognóz pomocí časové řady to obvykle jepoužívat počítačové programy. To vám umožní automatizovat většinu operací při vytváření prognózy a také vám umožní vyhnout se chybám spojeným se zadáváním dat a sestavováním modelů.
Takové aplikace mohou být lokální (propoužití na jednom počítači) a internetové aplikace (dostupné například jako web). Programy jako R, SPSS, Statistica, Forecast Pro, Forecast Expert je třeba odlišovat od místních aplikací.
Co lze předvídat?
- Počasí
Chyby ve výpočtech budoucích stavů atmosféry a dalších chaotických systémů se postupem času hromadí, takže předpověď počasí na den dopředu je mnohem lepší než na měsíc.
Nicméně přesnostroste postupně: moderní pětidenní předpovědi jsou stejně dobréjako před 40 lety - jednodenní. Užitečnou předpověď lze vytvořit na devět až deset dní. A limit předvídatelnosti pro klasické modely je podle Alexandra Chernokulského dva týdny.
Všechny tyto modely jsou postaveny na stejném principu.Počasí je popsáno několika základními rovnicemi, které se řeší krok za krokem dosazením pozorovacích dat, a ne v obecné podobě, jak se to učí ve škole – takhle se prostě vyřešit nedají.
Abychom neskončili v nepříjemné pozici, jako to kdysi udělal Lorenz, model se spustí 10–20krát, přičemž se mírně mění počáteční hodnoty – přidává se šum pro zvážení různých možností.
- Magnetické bouře
Vědci z celého světa pracují již 70 letzjistit příčiny abnormálního ohřevu sluneční korony. Tento proces je spojen s magnetickými bouřemi, které je stále nemožné přesně předpovědět.
Teplota sluneční koróny - vnější vrstvaatmosféra Slunce - má asi 1 milion stupňů Celsia a na některých místech dosahuje téměř 10 milionů, spodní atmosféra však dosahuje pouze 5,5 tisíce stupňů.
Výsledkem je závěr: čím dále od středu Slunce, tím je tepleji, i když uvnitř je opak pravdou. Mechanismus, kterým toto zahřívání koróny funguje, je stále nejasný.
Šíření Alfvénových vln Samaravědci zkoumají pomocí rovnic dynamiky magnetického plynu. Na základě výsledků práce představí vědci soustavy rovnic, které matematicky přesně popisují různé parametry a modely ohřevu sluneční koronální plazmy.
- Sopečné erupce
Výzkumníci na Stanford Universityanalyzoval umístění krystalů olivínu, které zmrzly v lávě po výbuchu sopky Kilauea. Vědcům se tedy podařilo zjistit podrobnosti o procesech probíhajících v útrobách Země - tyto informace pomohou předpovědět budoucí erupce.
Vědci vysvětlili, že se pokoušeli vytvořitalgoritmus pro předpovídání sopečných erupcí. Mnoho procesů, které by to mohly naznačovat, však probíhá hluboko pod zemí v lávových trubkách. Po erupci jsou téměř všechny podzemní značky, které by mohly průzkumníkům poskytnout vodítka, zničeny.
Vědci se tedy zaměřili na studium olivínových krystalů, které vznikly během masivní erupce na Havaji před více než půl stoletím.
Poté Stanfordští vědciUniverzity našly způsob, jak otestovat počítačové modely toku magmatu, které podle nich mohly odhalit více údajů o minulých erupcích a případně pomoci předpovědět budoucí.
- Požáry
Univerzitní požární laboratorní výzkumJméno Brighama Younga ve Spojených státech poskytuje přesnější obrázek o tom, kde požáry začínají a jak se šíří. Vědci jsou přesvědčeni, že jakákoli nová data, která pomohou zvládat přírodní katastrofy, ušetří rozpočtu země miliony dolarů.
Studie ukázaly, že chemické složeníkeř je zásadní pro to, jak rychle hoří. Typ rostliny nalezené v blízkosti ohně může pomoci předpovědět, jak se oheň rozšíří a jak rychle se může rozšířit na jiné druhy rostlin.
Cílem experimentu je zlepšitmodely předpovědi požáru. Vzhledem k tomu, že boj proti nim stojí lesnické služby a americké vládní agentury ročně miliardy dolarů, je nezbytný jakýkoli výzkum, který může pomoci zefektivnit hašení požárů.
- Klimatická změna
Vědci z norské obchodní školy v Osluvytvořil matematický model změny klimatu, podle kterého po ukončení všech emisí bude růst teploty pokračovat nejméně dalších 100 let.
Vědci použili ve svém modeluinformace o klimatu od roku 1850 do současnosti. Na základě toho předpověděli, jak se změní globální teploty a o kolik se hladina moře zvýší o 2500.
V důsledku toho se ukázalo, že pokud vrchol emisískleníkové plyny se vyskytnou kolem roku 2030 a do roku 2100 klesnou na nulu, pak do roku 2500 budou globální teploty stále o tři stupně vyšší a hladina moří bude o 2,5 m vyšší než v roce 1850. A to je nejpříznivější předpověď.
Zatímco část oxidu uhličitého ze vzduchu bude absorbována biomasou, půdou a oceány, nijak to nezastaví globální oteplování. Bod, odkud není návratu, byl přijat před rokem 2020.
Jak můžeme zlepšit naše předpovědi?
V budoucnu se kvalita dat zlepší díkyspektroradiometry, radary a lidary (lasery) na nových satelitech. Pokročilé kosmické lodě jsou již v případě potřeby schopny řídit zařízení.
Dalším slibným směrem je měření pomocí běžných smartphonů vybavených všemi druhy senzorů a další spotřební elektroniky.
Je tu další problém – s oddálenímmodelu a růstu objemu dat se enormně zvyšuje složitost výpočtů. Například předpověď počasí využívá jedny z nejvýkonnějších počítačů na světě.
Jsou drahé a jejich výkon je vyšší.nezvyšuje se stejnou rychlostí: křemíkové mikroobvody se téměř nemají kde zlepšit. Kromě toho mají moderní meteorologové odkaz na miliony řádků kódu, což ztěžuje optimalizaci výpočtů.
Přečtěte si více
Fyzici vytvořili analogii černé díry a potvrdili Hawkingovu teorii. Kam to vede?
Vědci objevili mýtickou částici Odderonu
Nejzáhadnější přírodní úkaz. Odkud pochází blesk a jak je nebezpečný?