Wat is voorspelling?
Forecasting is het ontwikkelen van een forecast; in enge zin - speciaal
De behoefte aan een prognose is te wijten aan de wens om te wetentoekomstige gebeurtenissen, die betrouwbaar zijn, zijn in principe onmogelijk, gebaseerd op statistische (fouten van huidige schattingen), probabilistische (multivariantie van gevolgen), empirische (methodologische fouten van modellen), filosofische (beperkte huidige kennis) principes.
De nauwkeurigheid van elke voorspelling is te danken aan:
- het volume van "echte" (geverifieerd met een bekende fout) initiële gegevens en de periode van hun verzameling;
- de hoeveelheid niet-geverifieerde brongegevens en de periode waarin ze zijn verzameld;
- eigenschappen van het prognoseobject en het systeem van zijn interactie met het prognoseonderwerp;
- prognosemethoden en -modellen.
Met een toename van de reeks factoren die de nauwkeurigheid van de voorspelling beïnvloeden, wordt deze praktisch vervangen door routineberekeningen met een bepaalde stabiele toestandfout.
Prognoses zijn (voorwaardelijk) verdeeld:
- in termen: korte termijn, middellange termijn, lange termijn, lange termijn;
- op schaal: privé, lokaal, regionaal, sectoraal, land, wereld (mondiaal);
- door verantwoordelijkheid (auteurschap): persoonlijk, op het niveau van de onderneming (organisatie), op het niveau van staatsorganen.
De belangrijkste prognosemethoden zijn:
- statistische methoden;
- expert judgement (bijvoorbeeld de Delphi-methode);
- modelleermethoden, inclusief simulatie;
- intuïtief (dat wil zeggen, uitgevoerd zonder het gebruik van technische middelen, geïmproviseerd, "in de geest" door een specialist die ervaring heeft met eerder gebruikte wetenschappelijke methoden in dit soort voorspellingen).
Statistische prognosemethoden
Statistische voorspellingsmethoden - wetenschappelijk eneen academische discipline waarvan de belangrijkste doelstellingen de ontwikkeling, studie en toepassing van moderne wiskundige en statistische methoden voor voorspelling op basis van objectieve gegevens omvatten.
Ontwikkeling van theorie en praktijkprobabilistisch-statistische modellering van deskundige voorspellingsmethoden; voorspellingsmethoden onder risicoomstandigheden en gecombineerde voorspellingsmethoden waarbij gebruik wordt gemaakt van gezamenlijk economisch-wiskundige en econometrische (zowel wiskundig-statistische als deskundige) modellen.
De wetenschappelijke basis van statistische voorspellingsmethoden is toegepaste statistiek en besluitvormingstheorie.
De eenvoudigste methoden voor het reconstrueren van afhankelijkheden die worden gebruikt voor voorspellingen zijn gebaseerd op een gegeven tijdreeks, dat wil zeggen een functie die is gedefinieerd op een eindig aantal punten op de tijdas.
Het beoordelen van de nauwkeurigheid van de voorspelling (in het bijzonder metgebruik van betrouwbaarheidsintervallen) is een noodzakelijk onderdeel van de prognoseprocedure. Meestal worden probabilistisch-statistische modellen voor het herstel van afhankelijkheid gebruikt. Ze bouwen bijvoorbeeld de beste voorspelling met behulp van de maximale waarschijnlijkheidsmethode.
Parametrisch (meestal gebaseerd opnormale foutmodellen) en niet-parametrische schattingen van de voorspellingsnauwkeurigheid en betrouwbaarheidsgrenzen ervoor (gebaseerd op de Central Limit Theorem of Probability Theory). Er worden ook heuristische technieken gebruikt die niet zijn gebaseerd op probabilistisch-statistische theorie, bijvoorbeeld de voortschrijdend-gemiddelde-methode.
Multivariate regressie, inclusief het gebruik van niet-parametrische schattingen van de distributiedichtheid, is momenteel het belangrijkste statistische voorspellingsinstrument.
Onrealistische aanname van normaliteitHet is niet nodig om meetfouten en afwijkingen van de regressielijn (oppervlakte) te gebruiken; Om de aanname van normaliteit los te laten, is het echter noodzakelijk om te vertrouwen op een ander wiskundig apparaat, gebaseerd op de multidimensionale centrale limietstelling van de waarschijnlijkheidstheorie, de linearisatietechnologie en de overerving van convergentie.
Toepassingen voorspellen
Voor prognoses met behulp van een tijdreeks is dit meestal het gevalgebruik computerprogramma's. Hierdoor kunt u de meeste bewerkingen bij het opstellen van een prognose automatiseren en kunt u ook fouten vermijden die verband houden met gegevensinvoer en het bouwen van modellen.
Dergelijke applicaties kunnen zowel lokaal zijn (voorgebruik op een enkele computer) en internettoepassingen (bijvoorbeeld beschikbaar als website). Programma's zoals R, SPSS, Statistica, Forecast Pro, Forecast Expert moeten worden onderscheiden als lokale toepassingen.
Wat valt er te voorspellen?
- weer
Fouten in berekeningen van de toekomstige toestanden van de atmosfeer en andere chaotische systemen stapelen zich in de loop van de tijd op, dus de weersvoorspelling voor een dag vooruit is veel beter dan voor een maand.
Echter, de nauwkeurigheidgeleidelijk groeien: moderne vijfdaagse voorspellingen zijn net zo goedzoals 40 jaar geleden - op een dag. Een bruikbare prognose kan worden gemaakt voor negen tot tien dagen. En de voorspelbaarheidsgrens voor klassieke modellen is volgens Alexander Chernokulsky twee weken.
Al deze modellen zijn gebouwd op hetzelfde principe.Het weer wordt beschreven door verschillende basisvergelijkingen, die stap voor stap worden opgelost door observatiegegevens te vervangen, en niet in een algemene vorm, zoals op school wordt geleerd - ze kunnen eenvoudigweg niet op die manier worden opgelost.
Om niet in een lastige positie terecht te komen, zoals Lorenz ooit deed, wordt het model 10-20 keer uitgevoerd, waarbij de beginwaarden enigszins worden gewijzigd - waarbij ruis wordt toegevoegd om verschillende opties te overwegen.
- Magnetische stormen
Wetenschappers over de hele wereld werken al 70 jaar aanom de redenen voor de abnormale opwarming van de zonnecorona te achterhalen. Dit proces wordt geassocieerd met magnetische stormen, die nog steeds onmogelijk nauwkeurig te voorspellen zijn.
Temperatuur van de zonnecorona - buitenste laagde atmosfeer van de zon - is ongeveer 1 miljoen graden Celsius, en op sommige plaatsen bereikt het bijna 10 miljoen. De lagere atmosfeer bereikt echter slechts 5,5 duizend graden.
Als resultaat hiervan is de conclusie: hoe verder van het centrum van de zon, hoe heter het is, hoewel daarbinnen het tegenovergestelde waar is. Het mechanisme waardoor deze opwarming van de corona werkt is nog onduidelijk.
Voortplanting van Alfvén-golven SamaraWetenschappers onderzoeken met behulp van de vergelijkingen van magnetische gasdynamica. Op basis van de resultaten van het werk zullen wetenschappers stelsels van vergelijkingen presenteren die wiskundig nauwkeurig verschillende parameters en modellen beschrijven voor het verwarmen van het zonnecoronale plasma.
- Vulkanische uitbarstingen
Onderzoekers aan de Stanford Universityanalyseerde de locatie van olivijnkristallen die in lava bevroren waren na de uitbarsting van de Kilauea-vulkaan. Wetenschappers waren dus in staat om de details te achterhalen van de processen die plaatsvinden in de ingewanden van de aarde - deze informatie zal toekomstige uitbarstingen helpen voorspellen.
Wetenschappers legden uit dat ze probeerden te creëreneen algoritme voor het voorspellen van vulkaanuitbarstingen. Veel van de processen die dit zouden kunnen suggereren, vinden echter diep onder de grond plaats in lavabuizen. Na een uitbarsting worden alle ondergrondse markeringen die aanwijzingen kunnen geven aan de ontdekkingsreizigers in bijna alle gevallen vernietigd.
Daarom concentreerden de onderzoekers zich op het bestuderen van olivijnkristallen die ontstonden tijdens een enorme uitbarsting op Hawaï, meer dan een halve eeuw geleden.
Daarna de Stanford-onderzoekersDe universiteiten hebben een manier gevonden om computermodellen van magmastroom te testen, waarvan ze zeiden dat ze meer gegevens over eerdere uitbarstingen zouden kunnen onthullen en mogelijk toekomstige uitbarstingen zouden kunnen helpen voorspellen.
- Branden
Universitair brandlaboratoriumonderzoekDe naam van Brigham Young in de Verenigde Staten geeft een nauwkeuriger beeld van waar bosbranden beginnen en hoe ze zich verspreiden. Wetenschappers zijn ervan overtuigd dat nieuwe gegevens die zullen helpen bij het beheersen van natuurrampen, de begroting van het land miljoenen dollars zullen besparen.
Studies hebben aangetoond dat de chemische samenstellingstruikgewas is essentieel voor hoe snel ze verbranden. Het type plant dat in de buurt van een brand wordt aangetroffen, kan helpen voorspellen hoe het vuur zich zal verspreiden en hoe snel het zich kan verspreiden naar andere plantensoorten.
Het experiment is bedoeld om te verbeterenmodellen voor brandvoorspelling. Omdat het de bosbouwdienst en de Amerikaanse overheidsinstanties jaarlijks miljarden dollars kost om ze te bestrijden, is elk onderzoek dat kan helpen om brandbestrijding effectiever te maken, essentieel, merkten de onderzoekers op.
- Klimaatverandering
Onderzoekers van de Norwegian Business School in Oslocreëerde een wiskundig model van klimaatverandering, volgens welke, na het stoppen van alle emissies, de temperatuurstijging nog minstens 100 jaar zal aanhouden.
De onderzoekers gebruikten in hun modelinformatie over het klimaat van 1850 tot heden. Op basis hiervan voorspelden ze hoe de temperatuur op aarde zal veranderen en hoeveel de zeespiegel met 2500 zal stijgen.
Als gevolg hiervan bleek dat als de piek van de uitstootRond 2030 zullen er broeikasgassen ontstaan, die tegen 2100 tot nul zullen zijn gedaald, en tegen 2500 zullen de temperaturen op aarde nog steeds drie graden hoger zijn, en zal de zeespiegel 2,5 meter hoger zijn dan in 1850. En dit is de meest gunstige voorspelling.
Hoewel een deel van de kooldioxide uit de lucht zal worden opgenomen door biomassa, bodem en oceanen, zal dit de opwarming van de aarde op geen enkele manier stoppen. Het point of no return is voor 2020 gepasseerd.
Hoe kunnen we onze voorspellingen verbeteren?
In de toekomst zal de datakwaliteit verbeteren dankzijspectroradiometers, radars en lidars (lasers) op nieuwe satellieten. Geavanceerde ruimtevaartuigen zijn al in staat om indien nodig apparatuur te sturen.
Een andere veelbelovende richting zijn metingen met gewone smartphones die zijn uitgerust met allerlei sensoren en andere consumentenelektronica.
Er is nog een probleem: met uitzoomenmodel en de groei van het datavolume neemt de complexiteit van berekeningen enorm toe. Voor weersvoorspellingen wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van enkele van de krachtigste computers ter wereld.
Ze zijn duur en hun prestaties zijn hoger.neemt niet in hetzelfde tempo toe: silicium microschakelingen kunnen bijna nergens beter worden. Bovendien hebben moderne meteorologen een erfenis van miljoenen regels code, waardoor de berekeningen moeilijk te optimaliseren zijn.
Lees verder
Natuurkundigen hebben een analoog van een zwart gat gemaakt en de theorie van Hawking bevestigd. Waar leidt het toe?
Wetenschappers hebben het mythische deeltje Odderon ontdekt
Het meest mysterieuze natuurverschijnsel. Waar komt bolbliksem vandaan en hoe is het gevaarlijk?