Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
AUTOMATED OPTIMAL FORECASTING OF UNIVARIATE MONITORING PROCESSES: Employing a novel optimal forecast methodology to define four classes of forecast approaches and testing them on real-life monitoring processes
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Mathematics and Mathematical Statistics.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

This work aims to explore practical one-step-ahead forecasting of structurally changing data, an unstable behaviour, that real-life data connected to human activity often exhibit. This setting can be characterized as monitoring process. Various forecast models, methods and approaches can range from being simple and computationally "cheap" to very sophisticated and computationally "expensive". Moreover, different forecast methods handle different data-patterns and structural changes differently: for some particular data types or data intervals some particular forecast methods are better than the others, something that is usually not known beforehand. This raises a question: "Can one design a forecast procedure, that effectively and optimally switches between various forecast methods, adapting the forecast methods usage to the changes in the incoming data flow?" The thesis answers this question by introducing optimality concept, that allows optimal switching between simultaneously executed forecast methods, thus "tailoring" forecast methods to the changes in the data. It is also shown, how another forecast approach: combinational forecasting, where forecast methods are combined using weighted average, can be utilized by optimality principle and can therefore benefit from it. Thus, four classes of forecast results can be considered and compared: basic forecast methods, basic optimality, combinational forecasting, and combinational optimality. The thesis shows, that the usage of optimality gives results, where most of the time optimality is no worse or better than the best of forecast methods, that optimality is based on. Optimality reduces also scattering from multitude of various forecast suggestions to a single number or only a few numbers (in a controllable fashion). Optimality gives additionally lower bound for optimal forecasting: the hypothetically best achievable forecast result. The main conclusion is that optimality approach makes more or less obsolete other traditional ways of treating the monitoring processes: trying to find the single best forecast method for some structurally changing data. This search still can be sought, of course, but it is best done within optimality approach as its innate component. All this makes the proposed optimality approach for forecasting purposes a valid "representative" of a more broad ensemble approach (which likewise motivated development of now popular Ensemble Learning concept as a valid part of Machine Learning framework).

Abstract [sv]

Denna avhandling syftar till undersöka en praktisk ett-steg-i-taget prediktering av strukturmässigt skiftande data, ett icke-stabilt beteende som verkliga data kopplade till människoaktiviteter ofta demonstrerar. Denna uppsättning kan alltså karakteriseras som övervakningsprocess eller monitoringsprocess. Olika prediktionsmodeller, metoder och tillvägagångssätt kan variera från att vara enkla och "beräkningsbilliga" till sofistikerade och "beräkningsdyra". Olika prediktionsmetoder hanterar dessutom olika mönster eller strukturförändringar i data på olika sätt: för vissa typer av data eller vissa dataintervall är vissa prediktionsmetoder bättre än andra, vilket inte brukar vara känt i förväg. Detta väcker en fråga: "Kan man skapa en predictionsprocedur, som effektivt och på ett optimalt sätt skulle byta mellan olika prediktionsmetoder och för att adaptera dess användning till ändringar i inkommande dataflöde?" Avhandlingen svarar på frågan genom att introducera optimalitetskoncept eller optimalitet, något som tillåter ett optimalbyte mellan parallellt utförda prediktionsmetoder, för att på så sätt skräddarsy prediktionsmetoder till förändringar i data. Det visas också, hur ett annat prediktionstillvägagångssätt: kombinationsprediktering, där olika prediktionsmetoder kombineras med hjälp av viktat medelvärde, kan utnyttjas av optimalitetsprincipen och därmed få nytta av den. Alltså, fyra klasser av prediktionsresultat kan betraktas och jämföras: basprediktionsmetoder, basoptimalitet, kombinationsprediktering och kombinationsoptimalitet. Denna avhandling visar, att användning av optimalitet ger resultat, där optimaliteten för det mesta inte är sämre eller bättre än den bästa av enskilda prediktionsmetoder, som själva optimaliteten är baserad på. Optimalitet reducerar också spridningen från mängden av olika prediktionsförslag till ett tal eller bara några enstaka tal (på ett kontrollerat sätt). Optimalitet producerar ytterligare en nedre gräns för optimalprediktion: det hypotetiskt bästa uppnåeliga prediktionsresultatet. Huvudslutsatsen är följande: optimalitetstillvägagångssätt gör att andra traditionella sätt att ta hand om övervakningsprocesser blir mer eller mindre föråldrade: att leta bara efter den enda bästa enskilda prediktionsmetoden för data med strukturskift. Sådan sökning kan fortfarande göras, men det är bäst att göra den inom optimalitetstillvägagångssättet, där den ingår som en naturlig komponent. Allt detta gör det föreslagna optimalitetstillvägagångssättetet för prediktionsändamål till en giltig "representant" för det mer allmäna ensembletillvägagångssättet (något som också motiverade utvecklingen av numera populär Ensembleinlärning som en giltig del av Maskininlärning).

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 99
Keywords [en]
predictions, forecasting, optimal forecasting, forecast classes, optimality rules, ensemble forecasting, state switching, combinational forecasting, optimality framework, exponential smoothing, ARIMA, ARMA, SARIMA, Double-Seasonal Holt-Winters, time series, Wikipedia, Wikimedia, Wikipedia data, Twitter, Twitter data, electricity data, monitoring processes, monitoring process, monitoring, error metrics, outliers, missing values
National Category
Mathematics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-165990OAI: oai:DiVA.org:umu-165990DiVA, id: diva2:1375932
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-12-17 Created: 2019-12-06 Last updated: 2019-12-17Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1815 kB)6 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1815 kBChecksum SHA-512
92820f7162ddc035e4648456edb9b19e3037e46e2e247f11a9db2db17d576e7c48c02ab14f6861a379f2d2fc4cfa3094a2db83d1882dafbb9207df5d9bbd867d
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Razroev, Stanislav
By organisation
Department of Mathematics and Mathematical Statistics
Mathematics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 6 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 31 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf