数学建模时间序列分析

2014年数学建模B作业：非参、灰色、时间序列分析非参数统计Ⅴ-1 某制造商想要比较两种不同的生产方法所花费的生产时间是否有差异。

随机地选取了11个工人，每一个工人都分别使用两种不同的生产方法来完成一项相同的任务，在样本中的每一个工人都做了观察。

数据见表，试用Wilcoxon秩和检解：提出原假设，这两组方法没有显著性差异，用配对实验的符号检验法，相应代码如下：data ex;input x1 x2@@;y=x1-x2;cards;10.2 9.59.6 9.89.2 8.810.6 10.19.9 10.310.2 9.310.6 10.510 1011.2 10.610.7 10.210.6 9.8;proc univariate;var y;run;运行结果如下：从结果中可以看出，sign统计量为3，其显著性为0.1094，大于0.05，故接受原假设，认为这两组方法没有显著性差异。

Ⅴ-2为培训大学生志愿者为社区服务，设计了4种培训方案，记作为A,B,C,D.将报名的30名大学生随机地分为4组，分别接受不同培训。

训练一周后，按规定的要求考试，评定的成绩如下，试用非参数检验方法检验这四种培训方案的有解：提出原假设，这四种培训方案方法没有显著性差异，相应代码如下：data ex;do a=1to4;input n@@;do i=1to n;input x@@;output;end;end;cards;7 60 75 62 76 73 98 867 72 52 68 82 74 64 878 61 85 78 66 70 59 69 798 63 58 65 71 84 77 80 89;proc npar1way wilcoxon;class a;var x;run;运行结果如下：从结果中可以看出，Chi-Square统计量为0.5537，其显著性为0.9069，大于0.05，故接受原假设，认为四种培训方案方法没有显著性差异。

数学建模中时间序列详细说明(总19页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除基于Excel的时间序列预测与分析1 时序分析方法简介时间序列相关概念时间序列的内涵以及组成因素所谓时间序列就是将某一指标在不同时间上的不同数值，按照时间的先后顺序排列而成的数列。

如经济领域中每年的产值、国民收入、商品在市场上的销量、股票数据的变化情况等，社会领域中某一地区的人口数、医院患者人数、铁路客流量等，自然领域的太阳黑子数、月降水量、河流流量等等，都形成了一个时间序列。

人们希望通过对这些时间序列的分析，从中发现和揭示现象的发展变化规律，或从动态的角度描述某一现象和其他现象之间的内在数量关系及其变化规律，从而尽可能多的从中提取出所需要的准确信息，并将这些知识和信息用于预测，以掌握和控制未来行为。

时间序列的变化受许多因素的影响 ,有些起着长期的、决定性的作用 ,使其呈现出某种趋势和一定的规律性；有些则起着短期的、非决定性的作用，使其呈现出某种不规则性。

在分析时间序列的变动规律时，事实上不可能对每个影响因素都一一划分开来，分别去作精确分析。

但我们能将众多影响因素，按照对现象变化影响的类型，划分成若干时间序列的构成因素，然后对这几类构成要素分别进行分析，以揭示时间序列的变动规律性。

影响时间序列的构成因素可归纳为以下四种:(1)趋势性(Trend),指现象随时间推移朝着一定方向呈现出持续渐进地上升、下降或平稳的变化或移动。

这一变化通常是许多长期因素的结果。

(2)周期性(Cyclic)，指时间序列表现为循环于趋势线上方和下方的点序列并持续一年以上的有规则变动。

这种因素是因经济多年的周期性变动产生的。

比如，高速通货膨胀时期后面紧接的温和通货膨胀时期将会使许多时间序列表现为交替地出现于一条总体递增地趋势线上下方。

(3)季节性变化(Seasonal variation)，指现象受季节性影响 ,按一固定周期呈现出的周期波动变化。

数学建模在经济中的应用研究数学建模作为一种新兴的研究手段，近年来在经济领域得到了广泛的应用。

通过对经济问题进行模型的构建和分析，可以更好地理解和解决许多实际问题。

下面，我们将从几个方面来探讨数学建模在经济中的应用研究。

1. 时间序列分析时间序列分析是经济学中最基本的数学建模方法之一，它建立在时间数据的基础上，对经济现象和规律进行研究。

时间序列分析主要包括时间序列模型和时间序列预测两个方面。

在时间序列模型中，以ARIMA模型为例，经济学家可以对某个经济变量的历史数据进行分析，进而建立一个针对此变量的模型，来预测未来的变化趋势。

比如，股票价格、GDP增长率等都可以用ARIMA模型来进行预测。

而时间序列预测则是根据历史数据预测未来的趋势。

例如，央行通过分析通货膨胀率的时间序列，来决定是否要加大货币供应量，以达到稳定物价的目的。

2. 最优化模型在经济学中，最优化模型是一个非常重要的数学建模方法。

通过建立优化模型，可以寻找经济系统中最优的决策方案，从而提高经济效益。

例如，在生产过程中，如何合理安排生产计划以使得成本最小化；在投资中，如何配置资产以达到收益最大化等都是需要用到最优化模型的问题。

线性规划、整数规划和非线性规划都是最优化模型中常用的方法。

通过制定一定的约束条件，经济学家可以求解最优的解决方案。

3. 统计分析统计分析是建立在样本数据基础上的数学建模方法，通过统计分析可以揭示因果关系和概率关系等，从而得到更准确的预测和估计结果。

例如，经济学家在决策时需要了解市场需求、价格、消费者行为等因素，这些因素都需要通过统计分析来得到。

统计分析包括描述性统计、推断性统计两个方面。

描述性统计主要是对样本数据进行总体分析，如均值、标准差等；而推断性统计则是通过样本数据对总体进行估计，如置信区间、假设检验等。

4. 游戏论模型游戏论模型是经济学中比较有趣的一个数学建模方法，它用于分析博弈过程中的收益和策略等。

经济学家可以通过游戏论模型来预测市场的竞争格局和行为，进而制定相应的市场策略。

时间序列分析模型时间序列分析模型是一种通过对时间序列数据进行建模和分析的方法，旨在揭示数据中的趋势、季节性、周期和不规则波动等特征，并进行预测和决策。

时间序列分析模型在经济、金融、市场、气象、医学等领域都有广泛的应用。

本文将介绍几种常见的时间序列分析模型。

1. 移动平均模型（MA）移动平均模型是时间序列分析中最简单的模型之一。

它基于一个基本假设，即观察到的时间序列数据是对随机误差的线性组合。

该模型表示为：y_t = c + e_t + θ₁e_(t-1) + θ₂e_(t-2) + … + θ_qe_(t-q)其中，y_t 是观察到的数据，c 是常数，e_t 是随机误差，θ₁，θ₂，…，θ_q 是移动平均项的参数，q 是移动平均项的阶数。

2. 自回归模型（AR）自回归模型是基于一个基本假设，即观察到的时间序列数据是过去若干时间点的线性组合。

自回归模型表示为：y_t = c + ϕ₁y_(t-1) + ϕ₂y_(t-2) + … + ϕ_p y_(t-p) + e_t其中，y_t 是观察到的数据，c 是常数，e_t 是随机误差，ϕ₁，ϕ₂，…，ϕ_p 是自回归项的参数，p 是自回归项的阶数。

3. 自回归移动平均模型（ARMA）自回归移动平均模型将自回归模型和移动平均模型结合在一起，用于处理同时具有自相关和移动平均性质的时间序列数据。

自回归移动平均模型表示为：y_t = c + ϕ₁y_(t-1) + ϕ₂y_(t-2) + … + ϕ_p y_(t-p) + e_t +θ₁e_(t-1) + θ₂e_(t-2) + … + θ_qe_(t-q)其中，y_t 是观察到的数据，c 是常数，e_t 是随机误差，ϕ₁，ϕ₂，…，ϕ_p 是自回归项的参数，θ₁，θ₂，…，θ_q 是移动平均项的参数，p 是自回归项的阶数，q 是移动平均项的阶数。

4. 季节性自回归移动平均模型（SARIMA）季节性自回归移动平均模型是自回归移动平均模型的扩展，用于处理具有季节性和趋势变化的时间序列数据。

数学建模中的预测方法时间序列分析模型时间序列分析模型是数学建模中常用的一种预测方法，它通过对时间序列数据的观察和分析，建立模型来预测未来的趋势和变化。

时间序列是按照时间顺序排列的数据序列，例如股票价格的变化、气温的变化、销售额的变化等等。

时间序列分析模型的基本思想是利用历史数据中的模式和规律，来预测未来的变化。

下面将介绍时间序列分析模型的基本步骤和常用的方法。

时间序列分析模型的基本步骤包括数据获取、数据预处理、模型建立、模型检验和预测。

首先，需要获取时间序列数据。

时间序列数据通常是从历史记录中获得的，可以是一定时间间隔内的观测值。

例如，如果我们要预测未来一年的销售额，那么可以用过去几年的销售额数据作为时间序列数据。

接下来，对数据进行预处理。

预处理的目的是去除数据中的噪声和异常值，使数据更加平滑和稳定。

常用的预处理方法包括平滑法（如移动平均法和指数平滑法）、差分法和季节性调整等。

然后，建立时间序列分析模型。

常用的时间序列分析模型包括移动平均模型（MA模型）、自回归模型（AR模型）、自回归移动平均模型（ARMA模型）和季节性自回归移动平均模型（SARMA模型）等。

这些模型都基于不同的假设和方法，可以用来描述时间序列数据的特征和变化规律。

模型建立完成后，需要对模型进行检验。

常用的检验方法包括残差分析、自相关图、偏自相关图等。

这些方法可以用来检验模型的拟合程度和预测效果，判断模型是否能够合理描述时间序列数据。

最后，使用建立好的模型进行预测。

根据模型的参数和特征，可以预测未来一段时间内时间序列数据的变化。

预测结果可以用来制定相应的决策和计划。

除了上述常用的时间序列分析模型，还有一些其他方法也可以用于时间序列的预测。

例如回归分析、神经网络模型、支持向量机等。

这些方法在一些特殊情况下可以提供更好的预测效果。

总之，时间序列分析模型是数学建模中常用的预测方法，它通过对时间序列数据的观察和分析，建立模型来预测未来的趋势和变化。