Luận văn Thạc sĩ: Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh bằng mô hình LSTM
Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh bằng mô hình LSTM: phương pháp tiên tiến, dữ liệu chi tiết, tối ưu hóa quyết định.
University of Southampton
Business Analytics and Management Sciences
Luan An
Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản
Số trang
100
Thời gian đọc
15 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Tối ưu Dự báo chuỗi thời gian phân cấp bằng LSTM
- Số trang:
- 100 trang
- Trường:
- University of Southampton
- Chuyên ngành:
- Business Analytics and Management Sciences
- Tác giả:
- Luan An
- Năm:
- 2020
Tóm tắt nội dung luận án
I. Tối ưu Dự báo chuỗi thời gian phân cấp bằng LSTM
Dự báo là công cụ phân tích kinh doanh phổ biến. Dự báo phân cấp là phương pháp dự báo tiên tiến. Nó đã được nghiên cứu để cải thiện cách điều chỉnh dự báo. Các doanh nghiệp thường sử dụng cấu trúc phân cấp. Điều này giúp dự báo nhu cầu ở các cấp độ khác nhau. Mục tiêu là đạt được độ chính xác cao trong dự báo. Tuy nhiên, các phương pháp dự báo cơ sở thường bị bỏ qua. Việc áp dụng mô hình mạng nơ-ron còn hạn chế. Mạng nơ-ron hồi quy dài-ngắn hạn (LSTM) cho thấy tiềm năng. LSTM có thể cải thiện đáng kể độ chính xác dự báo. Đặc biệt đối với chuỗi thời gian kinh doanh đơn biến. Nó mang lại khả năng nắm bắt mẫu chuỗi dài. Việc tích hợp LSTM vào dự báo phân cấp là một hướng đi mới. Điều này hứa hẹn nâng cao hiệu quả tổng thể.
1.1. Giới thiệu Dự báo phân cấp trong kinh doanh
Dự báo phân cấp là một phương pháp tiên tiến. Nó được áp dụng rộng rãi trong kinh doanh. Mục tiêu là dự báo ở nhiều cấp độ tổng hợp khác nhau. Ví dụ, dự báo doanh số theo khu vực, sau đó theo quốc gia. Việc điều chỉnh dự báo giữa các cấp là một thách thức. Nghiên cứu đã tập trung vào tối ưu hóa quá trình này. Tuy nhiên, các phương pháp tạo dự báo cơ sở thường ít được chú ý. Cần cải thiện chất lượng dự báo ở cấp độ chi tiết nhất.
1.2. Hạn chế của phương pháp dự báo cơ sở truyền thống
Các phương pháp dự báo cơ sở truyền thống có những hạn chế nhất định. Chúng có thể không hiệu quả khi dữ liệu phức tạp. Ít nhà nghiên cứu và thực hành xem xét cải thiện các phương pháp này. Việc áp dụng các mô hình mạng nơ-ron để tạo dự báo cơ sở còn hiếm. Điều này bỏ lỡ cơ hội nâng cao độ chính xác. Đặc biệt đối với các chuỗi thời gian kinh doanh biến động mạnh. Cần có cách tiếp cận mới để tối ưu hóa dự báo cơ sở.
1.3. Tiềm năng Mạng nơ ron hồi quy dài ngắn hạn LSTM
LSTM là một cải tiến của mạng nơ-ron hồi quy. Nó có khả năng xác định, cập nhật và ghi nhớ mẫu chuỗi dài. LSTM đã chứng minh hiệu quả trong dự báo. Đặc biệt trong các lĩnh vực như dự báo nhu cầu năng lượng. Mô hình này rất phù hợp với Phân tích chuỗi thời gian. Việc áp dụng LSTM vào dự báo phân cấp mở ra nhiều cơ hội. Nó có thể nâng cao đáng kể độ chính xác dự báo cơ sở. Đây là một Mô hình dự báo học sâu mạnh mẽ.
II. Phương pháp Học sâu cho Dự báo kinh doanh với LSTM
Mô hình học sâu đóng vai trò quan trọng trong phân tích chuỗi thời gian. LSTM là một ví dụ điển hình. Nó được thiết kế đặc biệt để xử lý dữ liệu tuần tự. Kiến trúc độc đáo của LSTM giúp giải quyết vấn đề gradient biến mất. Điều này cho phép nó học các mối quan hệ phụ thuộc dài hạn. Việc áp dụng LSTM trong Dự báo kinh doanh với LSTM đã chứng minh tiềm năng. Luận văn này khám phá cả LSTM cơ bản và biến thể Encoder-Decoder. Các mô hình này được tích hợp vào quy trình dự báo phân cấp. Mục tiêu là tạo ra dự báo cơ sở chính xác. Sau đó, chúng được tổng hợp theo cấu trúc phân cấp. Điều này thể hiện sự tiến bộ trong các Mô hình dự báo học sâu.
2.1. Kiến trúc Mô hình dự báo học sâu LSTM
LSTM là một kiến trúc mạng nơ-ron đặc biệt. Nó có các 'cổng' (input, forget, output gates) giúp kiểm soát dòng thông tin. Các cổng này cho phép LSTM ghi nhớ hoặc quên thông tin. Điều này giúp nó xử lý hiệu quả chuỗi dữ liệu dài. Nó vượt trội hơn các mạng nơ-ron hồi quy truyền thống. LSTM có khả năng học các mẫu phức tạp. Điều này rất quan trọng trong Phân tích chuỗi thời gian. Nó là một Mô hình dự báo học sâu mạnh mẽ cho các nhiệm vụ dự báo.
2.2. So sánh LSTM và LSTM Encoder Decoder
Luận văn này sử dụng cả LSTM tiêu chuẩn và LSTM Encoder-Decoder. LSTM Encoder-Decoder là một phần mở rộng nâng cao. Nó gồm hai phần: một bộ mã hóa và một bộ giải mã. Bộ mã hóa xử lý chuỗi đầu vào. Bộ giải mã tạo ra chuỗi đầu ra. Cấu trúc này hữu ích cho các chuỗi có độ dài thay đổi. Cả hai mô hình đều được triển khai. Mục tiêu là đánh giá hiệu quả trong Dự báo kinh doanh với LSTM. Chúng giúp tối ưu hóa Dự báo chuỗi thời gian phân cấp.
2.3. Quy trình tích hợp LSTM vào dự báo phân cấp
LSTM được sử dụng để tạo dự báo cơ sở. Dự báo này thực hiện ở cấp thấp nhất của phân cấp. Sau đó, một phương pháp tổng hợp được áp dụng. Luận văn sử dụng phương pháp Bottom-up. Dự báo từ các cấp thấp hơn được cộng lại. Điều này tạo ra dự báo cho các cấp cao hơn. Quy trình này giúp duy trì tính nhất quán. Nó đảm bảo các dự báo phân cấp có mối liên hệ chặt chẽ. Đây là một bước quan trọng trong Dự báo nhu cầu phân cấp.
III. Ứng dụng LSTM trong Dự báo nhu cầu phân cấp kinh doanh
Nghiên cứu này áp dụng mô hình LSTM vào bộ dữ liệu thực tế. Bộ dữ liệu về nhu cầu du lịch Úc được sử dụng. Đây là một ví dụ điển hình cho cấu trúc phân cấp. Dữ liệu bao gồm số đêm lưu trú của du khách. Nó được phân loại theo các bang và vùng cụ thể. Việc này giúp kiểm tra khả năng của LSTM trong môi trường kinh doanh thực. Phương pháp Bottom-up là trọng tâm của việc triển khai. Dự báo cơ sở được tạo ở cấp độ chi tiết nhất. Sau đó, chúng được tổng hợp lên các cấp cao hơn. Phân tích chuỗi thời gian ban đầu giúp xác định các mẫu. Điều này hướng dẫn cấu hình hiệu quả các mô hình dự báo. Mục tiêu là cải thiện Dự báo nhu cầu phân cấp. Nghiên cứu cũng so sánh với các mô hình cổ điển để đánh giá hiệu suất.
3.1. Dữ liệu chuỗi thời gian du lịch Úc
Dữ liệu được sử dụng là số liệu về du lịch Úc. Nó bao gồm số đêm lưu trú của khách du lịch. Dữ liệu này có cấu trúc phân cấp tự nhiên. Các bang như NSW, QLD, SAU, VIC, WAU đại diện cho các cấp độ tổng hợp. Bên trong mỗi bang là các vùng nhỏ hơn. Đây là một bộ dữ liệu phù hợp. Nó giúp kiểm tra hiệu quả của Dự báo chuỗi thời gian phân cấp. Đặc biệt khi sử dụng các Mô hình dự báo học sâu.
3.2. Triển khai chiến lược dự báo Bottom up
Nghiên cứu tập trung vào chiến lược Bottom-up. Đây là phương pháp dự báo phân cấp phổ biến. Dự báo cơ sở được tạo ra cho từng chuỗi ở cấp thấp nhất. Sau đó, các dự báo này được cộng lại. Chúng tổng hợp thành dự báo cho các cấp cao hơn. Cách tiếp cận này giúp đảm bảo rằng thông tin chi tiết được giữ lại. Nó cũng giúp các dự báo ở cấp cao hơn nhất quán. Điều này rất quan trọng cho Dự báo nhu cầu phân cấp chính xác.
3.3. Xác định mô hình và mẫu chuỗi thời gian
Trước khi dự báo, cần phân tích chuỗi thời gian. Biểu đồ thời gian được sử dụng để nhận dạng mẫu. Các mẫu như xu hướng, tính thời vụ và độ lệch được xác định. Điều này giúp cấu hình các mô hình hiệu quả hơn. Nó cũng giúp hiểu rõ hơn về dữ liệu. Việc hiểu mẫu là nền tảng cho mọi Phân tích chuỗi thời gian. Nó là bước đầu tiên để đạt được Độ chính xác dự báo cao.
IV. Đánh giá Độ chính xác Dự báo phân cấp và Mô hình LSTM
Đánh giá độ chính xác là bước quan trọng. Nghiên cứu so sánh hiệu suất của LSTM với các mô hình cổ điển. Các mô hình như Holt-Winters và SARIMA được sử dụng để so sánh. Điều này giúp định vị giá trị của LSTM. Kết quả cho thấy LSTM không vượt trội đáng kể. Tuy nhiên, độ lệch giá trị giữa các mô hình không lớn. Các mô hình LSTM vẫn phản ánh đúng xu hướng chính. Điều này mang lại giá trị nhất định trong phân tích kinh doanh. Đặc biệt trong bối cảnh thị trường biến động. Việc phân tích độ lệch và xu hướng là cần thiết. Nó cung cấp cái nhìn toàn diện về hiệu suất dự báo. Mục tiêu là đảm bảo rằng các quyết định kinh doanh được hỗ trợ bởi dự báo đáng tin cậy.
4.1. So sánh LSTM với Holt Winters và SARIMA
Độ chính xác dự báo của các mô hình LSTM được đánh giá. Chúng so sánh với kết quả từ Holt-Winters và SARIMA. Cả ba loại mô hình này đều tạo ra dự báo cơ sở. Sau đó, các dự báo này được điều chỉnh theo phương pháp Bottom-up. Mục tiêu là xác định mô hình nào cung cấp hiệu suất tốt nhất. So sánh này là quan trọng. Nó giúp hiểu rõ ưu nhược điểm của từng phương pháp. Đặc biệt trong bối cảnh Dự báo chuỗi thời gian phân cấp.
4.2. Phân tích độ lệch giá trị dự báo
Kết quả cho thấy độ chính xác của LSTM không như kỳ vọng ban đầu. Tuy nhiên, độ lệch giá trị giữa LSTM và các mô hình cổ điển không đáng kể. Điều này có nghĩa là LSTM vẫn có thể là một lựa chọn khả thi. Nó cung cấp dự báo với mức độ chính xác tương đương. Phân tích chi tiết về độ lệch giúp đánh giá rủi ro. Nó cũng giúp hiểu rõ hơn về tính biến động của dự báo.
4.3. Đánh giá xu hướng và giá trị thực tế
Các mô hình LSTM vẫn thể hiện khả năng nắm bắt xu hướng tốt. Chúng phản ánh đúng hướng đi của chuỗi thời gian. Điều này rất hữu ích cho Phân tích chuỗi thời gian. Ngay cả khi độ chính xác điểm không tối ưu. Khả năng nhận diện xu hướng giúp đưa ra quyết định kinh doanh. Đặc biệt trong các tình huống không chắc chắn. Ví dụ như trong giai đoạn đại dịch COVID-19. LSTM vẫn cung cấp thông tin có giá trị.
V. Kết quả Dự báo doanh số và Phân tích chuỗi thời gian
Nghiên cứu trình bày chi tiết kết quả dự báo. Các kết quả này bao gồm cả cấp thấp và cấp cao của cấu trúc phân cấp. Dự báo cơ sở ở cấp thấp nhất được phân tích kỹ lưỡng. Sau đó, hiệu suất của dự báo tổng hợp được đánh giá. Phụ lục cung cấp các biểu đồ thời gian trực quan. Chúng hiển thị sự khớp nối giữa giá trị gốc và giá trị dự đoán. Điều này giúp người đọc hình dung rõ ràng hiệu suất của từng mô hình. Mặc dù LSTM không vượt trội hẳn. Nó vẫn cung cấp các dự báo hữu ích. Đặc biệt cho phân tích và quyết định kinh doanh. Tầm quan trọng của một dự báo cơ sở mạnh mẽ được nhấn mạnh. Nó là nền tảng cho bất kỳ Dự báo chuỗi thời gian phân cấp nào. Các mô hình Học sâu có tiềm năng lớn trong việc này.
5.1. Hiệu suất dự báo cấp thấp và cấp cao
Kết quả dự báo được đánh giá ở hai cấp độ. Đầu tiên là dự báo cơ sở ở cấp thấp nhất. Đây là dự báo cho từng chuỗi đơn lẻ. Sau đó, hiệu suất của dự báo tổng hợp được xem xét. Dự báo này áp dụng cho các cấp cao hơn của phân cấp. Phụ lục cung cấp hình ảnh trực quan. Các biểu đồ thời gian cho thấy sự so sánh. Chúng hiển thị giá trị thực tế và giá trị dự đoán. Điều này cung cấp cái nhìn toàn diện về hiệu suất.
5.2. Tầm quan trọng của dự báo cơ sở
Độ chính xác của dự báo cơ sở là yếu tố then chốt. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của dự báo phân cấp. Việc cải thiện phương pháp dự báo cơ sở là rất quan trọng. Nó có thể nâng cao Độ chính xác dự báo tổng thể. Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng đó. Việc sử dụng các mô hình tiên tiến như LSTM cho dự báo cơ sở là cần thiết. Nó đặt nền móng vững chắc cho Dự báo doanh số.
5.3. Ứng dụng trong quyết định kinh doanh
Dù kết quả không hoàn toàn vượt trội. Các mô hình LSTM vẫn cung cấp thông tin hữu ích. Chúng giúp đưa ra các quyết định kinh doanh. Khả năng nắm bắt xu hướng là điểm mạnh. Điều này đặc biệt có giá trị trong môi trường kinh doanh không chắc chắn. Ví dụ, trong giai đoạn đại dịch COVID-19. Dự báo này hỗ trợ lập kế hoạch và quản lý rủi ro. Nó cung cấp cái nhìn sâu sắc cho Dự báo nhu cầu phân cấp.
VI. Điều chỉnh Dự báo phân cấp và vai trò của Học sâu
Nghiên cứu này đã tập trung vào việc cải thiện dự báo cơ sở bằng LSTM. Tuy nhiên, việc điều chỉnh dự báo phân cấp cũng rất quan trọng. Các phương pháp học sâu có thể mang lại lợi ích trong quá trình này. Việc tối ưu hóa các phương pháp điều chỉnh hiện có là cần thiết. Điều này sẽ giúp tăng cường tính nhất quán. Nó cũng có thể nâng cao tổng thể Độ chính xác dự báo. Cần có thêm nghiên cứu về việc áp dụng các Mô hình dự báo học sâu tiên tiến. Các kiến trúc như Transformer hoặc Temporal Convolutional Networks có tiềm năng. Học sâu có khả năng thích ứng tốt hơn với dữ liệu bất thường. Điều này đặc biệt hữu ích trong các giai đoạn biến động thị trường. Nó hỗ trợ doanh nghiệp đưa ra quyết định vững chắc hơn trong tương lai.
6.1. Cải thiện phương pháp điều chỉnh dự báo
Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào cải thiện dự báo cơ sở. Tuy nhiên, phương pháp điều chỉnh dự báo phân cấp cũng cần được xem xét. Các phương pháp tối ưu hóa hiện có có thể được nâng cao. Việc tích hợp các kỹ thuật học sâu vào điều chỉnh là một hướng đi tiềm năng. Điều này có thể đảm bảo tính nhất quán cao hơn. Nó cũng có thể cải thiện Độ chính xác dự báo sau khi điều chỉnh. Đây là một khía cạnh quan trọng của Dự báo chuỗi thời gian phân cấp.
6.2. Hướng phát triển cho Mô hình dự báo học sâu
Nghiên cứu này mở ra nhiều hướng phát triển trong tương lai. Cần tiếp tục khám phá các kiến trúc LSTM tiên tiến. Điều chỉnh siêu tham số và kỹ thuật đào tạo có thể được tối ưu hóa. Các mô hình học sâu khác cũng có thể được áp dụng. Ví dụ, Transformer hoặc Temporal Convolutional Networks. Mục tiêu là đạt được hiệu suất vượt trội. Điều này sẽ cải thiện đáng kể Dự báo kinh doanh với LSTM.
6.3. Tiềm năng của Học sâu trong bối cảnh COVID 19
Đại dịch COVID-19 đã tạo ra sự biến động lớn. Các mô hình truyền thống gặp khó khăn trong việc dự báo. Học sâu có khả năng thích ứng tốt hơn với dữ liệu bất thường. Nó có tiềm năng cung cấp dự báo đáng tin cậy hơn. Điều này hỗ trợ doanh nghiệp vượt qua khủng hoảng. Học sâu có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc. Nó giúp lập kế hoạch và ra quyết định chiến lược. Điều này rất quan trọng trong môi trường kinh doanh đầy thách thức.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (100 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộThe University of Southampton 2019/20 Faculty of Social Sciences Southampton Business School MSc Dissertation Forecast for business hierarchical time series with LSTM model ERGO number: 58984 Student number: …. Presented for MSc. Business Analytics and Management Sciences This project is entirely the original work of student registration number …. I declare that this dissertation is my own work, and that where material is obtained from published or unpublished works, this has been fully acknowledged in the references.
This dissertation may include material of my own work from a research proposal that has been previously submitted for assessment for this programme. Word Count: 13613 words ABSTRACT Forecasting is a popular business analysis tool. Hierarchical forecasting in business is a well-known advanced forecasting method. It has been researched to improve the reconciliation approach.
However, seldom do practitioners and academicians consider improving methods for the base forecast. The application of neural network models, generating the base forecast for hierarchical forecasting, are not of practitioners’ concern. However, with what this method has done in improving the forecasting accuracy for univariate business time series; neural network method is expected to improve the hierarchical forecasting accuracy. The specific neural network methods used in this dissertation are Long-Short Term Memory (LSTM) and its extension – LSTM Encoder-Decoder.
LSTM is an enhancement of recurrent neural network, which can identify, update and carry series pattern for long sequence. It has proved in capability in forecasting, especially in energy demand and production. When being applied to the Australian tourism demand dataset under this dissertation, LSTM models do not bring satisfactory accuracy. Although models’ accuracy is not as good as expected, in comparison with classical methods, including Holt-Winters’ and SARIMA, the deviations of value among models are not significant.
LSTM models still reflect correct trends in series and helpful to some extent of business analysis and business decisions, especially under the current business situation of COVID-19 pandemic. i TABLE OF CONTENTS Chapter 1 Introduction.3 Objective and Aim.5 Chapter 2 Literature review .1 Business forecasting for univariate time series .2 The hierarchical structure of business time series .2 Hierarchical forecasting for business time series .1 Hierarchical forecasting approach .1 Bottom-up approach .2 Top-down approach .3 Middle-out approach .4 Optimal reconciliation approach .2 LSTM forecasting method for business hierarchical time series…. 16 Chapter 3 Data and Methodology .2 Time plot for identifying series patterns .1 The bottom-up approach for forecasting hierarchical time series… .2 Hierarchy forecasting with base forecasting at the bottom level by Holt-Winters’ and SARIMA model .1 Hierarchy forecasting with base forecasting at the bottom level by Holt-Winters’ model .2 Hierarchy forecasting with base forecasting at the bottom level by the SARIMA model .3 Hierarchy forecasting with base forecasting at the bottom level by LSTM models .2 LSTM model for generating base forecasting in hierarchical forecasting. 42 Chapter 4 Results and analysis.1 Forecasting results of base forecast at bottom-level series (univariate series) .2 Forecasting result of higher level in the hierarchical structure.
64 iii Appendix 1: Holt-Winters’ model results by Python’s hts-package. 70 Appendix 2: Time plot of original values and predicted values of all series in the hierarchical structure of Australian tourism. 73 Appendix 3: Classical models’ code. 82 Appendix 4: LSTM models’ code.
84 iv TABLE OF FIGURES Figure 1.Hierarchical time series. Grouped time series. Aggregate retail sale. Artificial neural network.
Recurrent neural network. LSTM ED network. The hierarchical structure of Australian quarterly visitor nights dataset. Time plot of zones in NSW.
Time plot of zones in QLD. Time plot of zones in SAU. Time plot of zones in VIC. Time plot of zones in WAU.
Time plot of zones in OTH. Time plot of original value and predicted values of NSW_SthCo. Time plot of original value and predicted values of SAU_Coast. Time plot of original value and predicted values of SAU_Inner.
Time plot of original value and predicted values of WAU_Metro. Time plot of original value and predicted values of WAU_Inner. Time plot of original value and predicted values of NSW_NthIn. Time plot of original value and predicted values at the top level.
Time plot of original value and predicted values of NSW. Time plot of original value and predicted values of WAU. Australian states and zones. Forecasting error of 4 methods in bottom level series.
Forecasting error of 4 methods for higher-level series. 50 vi Introduction 31340067 CHAPTER 1 INTRODUCTION 1.1 Background Forecasting hierarchical time series of hierarchical forecasting is an advanced forecasting method for a set of time series which can be modelled in a hierarchical structure (Karmy and Maldonado, 2019). There are two types of hierarchical structures that can be conducted hierarchical forecasting on, which are hierarchical and grouped structure. The difference between them is that hierarchical structure is disaggregated by one attribute, such as by geographical factor.
Meanwhile, the grouped structure can be disaggregated by two more attributes. These attributes are nested and crossed. For example, the total sale of sweaters by company A is disaggregated by sale in the North and the South of the country or by two colours, black and white in the first hierarchical level. In the second level, two attributes are crossed and nested by the sale of white in the North, sale of white in the South, sale of black in the North and sale of black in the South.Hierarchical time series Page 1 Introduction 31340067 Total X Y AX AY BX BY Total A B AX AY BX BY Figure 1.
Grouped time series The hierarchical structure of time series appears in many fields, especially in business. In business, time series can be disaggregated by various attributes of concern (Hyndman and Athanasopoulos, 2018), such as location, category, the purpose of uses or distributor. As “a centralised forecast approach” with ability to satisfy many kinds of information requirements, hierarchical forecasting can provide support for users at different levels of business management, enhance forecast accuracy and reduce the magnitude of forecast problem (Fliedner, 2001). Hierarchical forecasting has four approaches to generate coherent forecasting for all time series in the hierarchical structure, which are bottom-up, top-down, middle-out and optimal reconciliation approach.
Page 2 Introduction 31340067 Those approaches will be explained in detail in Chapter 2: Literature Review. However, regardless of which approach is applied, the base forecast is always required. The base forecast can be conducted on top- level, bottom-level or even a middle-level series following the chosen approach. Practitioners, who desire to enhance the accuracy of hierarchical forecasting can pursuit either advanced reconciliation method or base forecast methods.
Recent papers in hierarchical business forecasting show that practitioners focus more on developing reconciliation method. They still apply traditional methods, such as exponential smoothing (ETS) and Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA) as the base forecast method (Spiliotis et al., 2020a; Mancuso, Piccialli and Sudoso, 2020; Karmy and Maldonado, 2019; Huber, Gossmann and Stuckenschmidt, 2017). These methods and its extensions like Holt model, Holt-Winters’ model, seasonal ARIMA (SARIMA) and Seasonal ARIMA with eXogenous factor (ARIMA) are highly developed and straightforward to implement in the programming software. They are even developed for auto-fit in programming package for hierarchical forecasting called hts- package in both R and Python.
Advanced base forecast methods are not yet of interest and concern of practitioner in business when researching hierarchical forecasting. Besides aforementioned traditional methods, other base forecast methods, including regression and neural network, mostly artificial neural network (ANN), are available but they are mainly conducted on business univariate time series, not on time series in the hierarchical structure. Many previous papers have a conclusion that a complex model which can identify and model the nonlinear relationship between business forecasting and other business factors as well as identify particular patterns in the series brings Page 3 Introduction 31340067 higher forecasting accuracy for univariate business time series (Alon et al., 2001, Chu and Zhang, 2003; Zhang and Qi, 2005; Ahmed, Gayar & Shishiny, 2010; Lu, Lee and Lian, 2012; Ma, Fildes and Huang, 2016). One recent paper that focused on a nonlinear method for the base forecast in hierarchical forecasting of Karmy and Maldonado (2019) introduced a method called “Support Vector Regression” for hierarchical time series of European Travel Retail industry and used traditional methods as the benchmark to compare with their newly developed model.
Although both regression and neural network method have proved to be useful in forecasting for univariate business time series, seldom did practitioner come up with the idea of improving the base forecast in hierarchical forecasting by neural network methods. In many cases, NN is proved to be better and more flexible because it is a data-driven method, which requires little assumption about the models but still “simulates a wide variety of underlying nonlinear behaviours” (Chu and Zhang, 2003). Therefore, it requires little assumptions of model and relationship to be made before applying (Zhang and Qi, 2005). A simple “feedforward neural network, with only one hidden layer”, is developed and implemented easily by function nnetar in R programming and Tensorflow platform in Python for more complex neural networks are highly developed and updated to facilitate and leverage the accuracy of forecasting using neural network.2 Proposed Methodology Realising the potential of the neural network model in business forecasting, I would like to introduce another kind of NN, which is called Long-short term memory (LSTM) instead of continuing to employ familiar ANN models for business hierarchical time series in this dissertation.
LSTM is deep NN, which uses and learns from observations in time series to forecast single Page 4 Introduction 31340067 or multi-step ahead. It can identify, update and carry unique patterns in the time series for a long sequence. It is better than ANN in terms of identifying data characteristics while still maintains the forecasting accuracy and solution complexity (Siami-Namini, Tavakoli and Siami Namin, 2018).3 Objective and Aim The objective of this dissertation is to build LSTM model and one of its direct extension, LSTM Encoder-Decoder model, on the Tensorflow platform in Python programming and generate the base forecast for hierarchical forecasting for a business time series to see whether LSTM model can improve the accuracy of forecasting business hierarchical time series. If the final results, in comparison with traditional methods, including Holt-Winters’ and ARIMA, is better, LSTM model is a significant development in hierarchical business forecasting.4 Dissertation Structure This dissertation has six chapters.
Chapter 1: Introduction delivers an overview of the topic, rationale, objectives and outline of this dissertation. Chapter 2: Literature Review provides principals and theory of business forecasting, hierarchical business forecasting to clarify why hierarchical forecasting is appropriate and helpful for business. LSTM forecasting method for hierarchical time series as well as limitation of current methods and previous papers are provided to highlight the novelty of the dissertation. This chapter is the baseline for models developing in Chapter 3: Data and Methodology.
In Chapter 3, all necessary inputs for establishing LSTM model for hierarchical forecasting will be prepared and explained in detail, including data source and data preliminary analysis, reconciliation approach, LSTM models establishing process based on what were required and clarified in Chapter 2. The error measurement method Page 5 Introduction 31340067 is also defined in this chapter. After being established, LSTM model is able to generate predicted value for all time series in the hierarchical structure. The result of Hierarchical forecasting with LSTM model is presented and analysed in Chap 4: Results and Analysis.
Further comparison among results of hierarchical forecasting with LSTM model and results of hierarchical forecasting with traditional models (Holt-Winters’ and ARIMA) are provided in this chapter to support in-depth analysis. The last chapter is Chapter 5: Discussion, results of hierarchical forecasting with LSTM models will be discussed and compared with previous research as well as practical implications of LSTM models.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh với LSTM (2020) [Luận án tiến sĩ, University of Southampton]. LuanAn.net. https://luanan.net/tai-lieu-khac/du-bao-chuoi-thoi-gian-phan-cap-kinh-doanh-voi-lstm
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh với LSTM" nghiên cứu về vấn đề gì?
Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh bằng mô hình LSTM: phương pháp tiên tiến, dữ liệu chi tiết, tối ưu hóa quyết định.
Luận án "Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh với LSTM" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại University of Southampton. Năm bảo vệ: 2020.
Luận án "Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh với LSTM" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh với LSTM" thuộc chuyên ngành Business Analytics and Management Sciences. Danh mục: Tài liệu khác.
Luận án "Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh với LSTM" có bao nhiêu trang?
Luận án "Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh với LSTM" có 100 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Dự báo chuỗi thời gian phân cấp kinh doanh với LSTM" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.