This evapaper is toluate the forecasting performance of three neural network(NN) approaches against ARIMA model using the famous time series analysis competition data. The first NN approach is to analyze the second Makridakis (M2) Competition Data using Multilayer Perceptron (MLP) that has been the most popular NN model in time series analysis. Since it is recently known that MLP suffers from bias/variance dilemma, two approaches are suggested in this study. The second approach adopts Cascade Correlation Network (CCN) that was suggested by Fahlman & Lebiere as an alternative to MLP. In the third approach, a time series is separated into two series using Noise Filtering Network (NFN) that utilizes autoassociative memory function of neural network. The forecasts in the decomposition analysis are the sum of two prediction values obtained from modeling each decomposed series, respectively. Among the three NN approaches, Decomposition Analysis shows the best forecasting performance on the M2 Competition Data, and is expected to be a promising tool in analyzing socio-economic time series data because it reduces the effect of noise or outliers that is an impediment to modeling the time series generating process.
Empirical mode decomposition (EMD) is applied to analyze time series characterized with nonlinearity and nonstationarity. This decomposition could be utilized to construct finite and small number intrinsic mode functions (IMF) that describe complicated time series, while admitting the Hilbert transformation properties. EMD has the capability of being adaptive, capture local characteristics, and applicable to nonlinear and nonstationary processes. Unlike discrete wavelet transform (DWT), IMF eliminates spurious harmonics and retains meaningful instantaneous frequencies. Examples based on data representing natural phenomena are given to demonstrate highlight the power of this method in contrast and comparison of other ones. A presentation of the energy-frequency-time distribution of these signals found to be more informative and intuitive when based on Hilbert transformation.
Purpose: This study aims to predict the dry cargo transportation market economy. The subject of this study is the BDI (Baltic Dry Index) time-series, an index representing the dry cargo transport market. Methods: In order to increase the accuracy of the BDI time-series, we have pre-processed the original time-series via time-series decomposition and data augmentation techniques and have used them for ANN learning. The ANN algorithms used are Multi-Layer Perceptron (MLP), Recurrent Neural Network (RNN), and Long Short-Term Memory (LSTM) to compare and analyze the case of learning and predicting by applying time-series decomposition and data augmentation techniques. The forecast period aims to make short-term predictions at the time of t+1. The period to be studied is from '22. 01. 07 to '22. 08. 26. Results: Only for the case of the MAPE (Mean Absolute Percentage Error) indicator, all ANN models used in the research has resulted in higher accuracy (1.422% on average) in multivariate prediction. Although it is not a remarkable improvement in prediction accuracy compared to uni-variate prediction results, it can be said that the improvement in ANN prediction performance has been achieved by utilizing time-series decomposition and data augmentation techniques that were significant and targeted throughout this study. Conclusion: Nevertheless, due to the nature of ANN, additional performance improvements can be expected according to the adjustment of the hyper-parameter. Therefore, it is necessary to try various applications of multiple learning algorithms and ANN optimization techniques. Such an approach would help solve problems with a small number of available data, such as the rapidly changing business environment or the current shipping market.
Many hydroclimatic time series are marked by interannual and longer quasi-period features that are associated with narrow band oscillatory climate modes. A time series modeling approach that directly considers such structures is developed and presented. The essence of the approach is to first develop a wavelet decomposition of the time series that retains only the statistically significant wavelet components, and to then model each such component and the residual time series as univariate autoregressive processes. The efficacy of this approach is demonstrated through the simulation of observed and paleo reconstructions of climate indices related to ENSO and AMO, tree ring and rainfall time series. Long ensemble simulations that preserve the spectral attributes of the time series in each ensemble member can be generated. The usual low order statistics are preserved by the proposed model, and its long memory performance is superior to the direction application of an autoregressive model.
This paper presents a methodology for spatial extrapolation of wind-induced pressure time series from a corner bay to roof locations on a low building away from the corner through the application of proper orthogonal decomposition (POD). The approach is based on the concept that pressure time series in the far field can be approximated as a linear combination of a series of modes and principal coordinates, where the modes are extracted from the full roof pressure field of an aerodynamically similar building and the principal coordinates are calculated from data at the leading corner bay only. The reliability of the extrapolation for uplift time series in nine bays for a cornering wind direction was examined. It is shown that POD can extrapolate reasonably accurately to bays near the leading corner, given the first three modes, but the extrapolation degrades further from the corner bay as the spatial correlations decrease.
A simple proof for the random central limit theorem is given for a family of stationary linear lattice processes, which belogn to a class of 2 dimensional random fields, applying the Beveridge and Nelson decomposition in time series context. The result is an extension of Fakhre-Zakeri and Fershidi (1993) dealing with the linear process in time series to the case of the linear lattice process with 2 dimensional indices.
수문 시계열의 분석은 수문자료를 활용한 수자원의 효율적인 운영 및 관리에 필수적인 부분이며, 특히 장기적인 수문량 예측에 널리 활용되고 있다. 이러한 수문 시계열 분석은 전통적으로 하나의 자료계열을 하나의 요인으로 파악하여 자료를 분석하고 예측해왔지만 시계열 자료가 여러 가지 요인으로 혼합되 어 하나의 자료계열로 나타내질 수 있다는 가정 하에 각 요인들을 분해하여 분석하는 방법도 널리 연구되고 있다. 본 연구에서는 경험적 모드분해법을 이용하여 주어진 수문 시계열을 다중 성분으로 분해하고 분해된 각 요소를 시계열 모형으로 재구축한 후, 구축된 요소별 시계열 모형으로부터 예측된 값을 합하여 시계열을 예측하는 방법을 이용하였으며 이를 국내 댐 유입량에 적용한 후 그 결과를 나타내었다. 기존 시계열 모형과 경험적 모드분해법을 이용한 방법의 정확도를 비교한 결과, 기존의 시계열 모형을 이용하여 자료를 예측한 결과보다 경험적 모드분해법을 적용하여 자료를 분해한 후 시계열 자료를 예측한 결과가 주어진 시계열 자료를 더 잘 나타내는 것을 알 수 있었다.
본 연구는 시계열 데이터를 효과적으로 예측하기 위해 데이터를 Seasonal-Trend Decomposition on Loess 을 통해 추세, 계절성, 잔차 성분으로 분해한 후 추세 성분에는 ARIMA, 계절성 성분에는 Fourier Series Regression, 잔차 성분에는 XGBoost를 적용하는 하이브리드 예측 모델을 제안하였다. 또한, ARIMA, XGBoost, LSTM, EMD-ARIMA, CEEMDAN-LSTM 모델을 포함한 성능 비교 실험을 수행하여 각 모델의 예측 성능을 평가하였다. 실험 결과, 제안된 하이브리드 모델은 MAPE, MAAPE, RMSE 지표에서 각각 3.8%, 3.5%, 0.35로 가장 좋은 평가 지표 값을 보이며 기존의 단일 모델보다 우수한 성능을 보였다.
For the safe and stable operation of the power system, accurate wind power prediction is of great significance. A wind power prediction method based on empirical mode decomposition and improved extreme learning machine is proposed in this paper. Firstly, wind power time series is decomposed into several components with different frequency by empirical mode decomposition, which can reduce the non-stationary of time series. The components after decomposing remove the long correlation and promote the different local characteristics of original wind power time series. Secondly, an improved extreme learning machine prediction model is introduced to overcome the sample data updating disadvantages of standard extreme learning machine. Different improved extreme learning machine prediction model of each component is established. Finally, the prediction value of each component is superimposed to obtain the final result. Compared with other prediction models, the simulation results demonstrate that the proposed prediction method has better prediction accuracy for wind power.
The objective of this study is to apply a hybrid model for estimating solar radiation and investigate their accuracy. A hybrid model is wavelet-based support vector machines (WSVMs). Wavelet decomposition is employed to decompose the solar radiation time series into approximation and detail components. These decomposed time series are then used as inputs of support vector machines (SVMs) modules in the WSVMs model. Results obtained indicate that WSVMs can successfully be used for the estimation of daily global solar radiation at Champaign and Springfield stations in Illinois.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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