時(shí)間序列數(shù)據(jù)挖掘：利用機(jī)器學(xué)習(xí)揭示趨勢(shì)和模式
2023-12-14 16:17:00
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隨著數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘成為了企業(yè)和組織在日常運(yùn)營和戰(zhàn)略決策中不可或缺的工具。而時(shí)間序列分析，作為一種重要的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如金融、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)營銷等。通過對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)潛在的規(guī)律和趨勢(shì)，幫助決策者更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來市場(chǎng)走向、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)會(huì)，制定更加優(yōu)化的戰(zhàn)略或運(yùn)營計(jì)劃。本文將介紹時(shí)間序列分析的基本概念和方法，以及如何利用數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對(duì)這種方法進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。
第一步接入數(shù)據(jù)：
時(shí)間序列算法要求接入結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，自變量數(shù)據(jù)類型為數(shù)值型，不支持字符型、日期型和文本型等。若接入的自變量數(shù)據(jù)不滿足時(shí)間序列分析的數(shù)據(jù)要求，可以通過屬性變化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換或重新接入數(shù)據(jù)。
第二步設(shè)置角色：
通過設(shè)置角色節(jié)點(diǎn)確定時(shí)間序列分析研究的屬性列，設(shè)置為自變量。時(shí)間序列算法必須設(shè)置自變量，不支持設(shè)置因變量，自變量僅支持連續(xù)型（數(shù)值）屬性，并且只能有一個(gè)自變量。
一般建議在設(shè)置角色之前先進(jìn)行數(shù)據(jù)的可視化探索，利用平臺(tái)提供的圖表分析節(jié)點(diǎn)，如散點(diǎn)圖等識(shí)別序列是否是非隨機(jī)序列,如果是非隨機(jī)序列,則觀察其平穩(wěn)性。對(duì)非平穩(wěn)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)采用差分進(jìn)行平穩(wěn)化處理,直到處理后序列是平穩(wěn)的非隨機(jī)序列。因?yàn)閷?duì)于時(shí)間序列數(shù)據(jù),最重要的檢驗(yàn)就是時(shí)間序列數(shù)據(jù)是否為白噪聲數(shù)據(jù)、時(shí)間序列數(shù)據(jù)是否平穩(wěn),以及對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的自相關(guān)系數(shù)和偏自相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析。如果時(shí)間序列數(shù)據(jù)是白噪聲數(shù)據(jù), 說明其沒有任何有用的信息。針對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的很多分析方法,都要求所研究的時(shí)間序列數(shù)據(jù)是平穩(wěn)的,所以判斷時(shí)間序列數(shù)據(jù)是否平穩(wěn),以及如何將非平穩(wěn)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)序列數(shù)據(jù),對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的建模研究是非常重要的，如果模型沒有通過檢驗(yàn)（檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜌埐钚蛄惺欠駷榘自肼曅蛄校枰獙?duì)其進(jìn)行重新識(shí)別。
第三步建立數(shù)據(jù)分析模型：
根據(jù)業(yè)務(wù)分析方案和所識(shí)別出來的特征建立相應(yīng)的時(shí)間序列模型。平臺(tái)內(nèi)置9種時(shí)間序列算法可以直接拖拽使用，并配置對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)，包括：ARIMA、稀疏時(shí)間序列、指數(shù)平滑、移動(dòng)平均、向量自回歸、X11、X12、回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)和灰色預(yù)測(cè)。當(dāng)我們不清楚當(dāng)前數(shù)據(jù)更適合哪種時(shí)間序列算法，或不清楚多個(gè)模型中哪個(gè)模型效果更好時(shí)，我們有兩種處理方案：方案一，通過多分支節(jié)點(diǎn)將自變量相同的輸入數(shù)據(jù)同時(shí)傳遞給多個(gè)不同的時(shí)間序列模型，由平臺(tái)推薦出多個(gè)模型中的最優(yōu)模型；第二種，通過自動(dòng)時(shí)序節(jié)點(diǎn)選擇多個(gè)時(shí)間序列算法一次性構(gòu)建模型，該節(jié)點(diǎn)內(nèi)嵌自動(dòng)擇參功能，將多個(gè)算法及其對(duì)應(yīng)的多組參數(shù)生成的多個(gè)模型進(jìn)行評(píng)估比較，最終幫助我們推薦出最佳算法及相應(yīng)的最佳參數(shù)組合。
第四步數(shù)據(jù)分析模型評(píng)估：
利用時(shí)間序列評(píng)估節(jié)點(diǎn)檢驗(yàn)時(shí)序模型的可靠性，在洞察中根據(jù)一些評(píng)價(jià)的指標(biāo)（如相對(duì)誤差等指標(biāo)）或者圖表展示，獲得質(zhì)量最佳的時(shí)序模型。
完成上述建模之后執(zhí)行流程，流程執(zhí)行成功后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至洞察頁面，在洞察頁面點(diǎn)擊可以查看模型的分析結(jié)果，我們通過示例流程來詳細(xì)介紹。點(diǎn)擊【ARIMA】查看模型結(jié)果，包含預(yù)測(cè)值真實(shí)值對(duì)比曲線圖、自相關(guān)圖、偏相關(guān)圖及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)量。
點(diǎn)擊【時(shí)間序列模型評(píng)估】查看模型對(duì)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的評(píng)估如下：
從誤差來看，模型的平均相對(duì)誤差為19%，所以模型結(jié)果比較一般。再來看數(shù)據(jù)集的情況，可以看到新增的prediction預(yù)測(cè)結(jié)果列。
第五步利用算法模型預(yù)測(cè)：
需要注意的是，平臺(tái)中時(shí)間序列的模型不支持連接模型利用節(jié)點(diǎn)，對(duì)于新數(shù)據(jù)只能重新進(jìn)行預(yù)測(cè)。那么在上述示例中模型構(gòu)建完成后，就可以利用模型對(duì)系統(tǒng)容量進(jìn)行預(yù)測(cè)，其模型應(yīng)用過程如下：
1、從系統(tǒng)中每日定時(shí)抽取服務(wù)器磁盤數(shù)據(jù)；
2、對(duì)定時(shí)抽取的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、數(shù)據(jù)變換預(yù)處理等操作；
3、將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫中，定時(shí)的調(diào)用流程對(duì)服務(wù)器磁盤進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)后四天的磁盤使用大?。?/span>
4、將預(yù)測(cè)值與磁盤的總?cè)萘勘容^，獲得預(yù)測(cè)的磁盤使用率。如果某一天預(yù)測(cè)的使用率達(dá)到業(yè)務(wù)設(shè)置的預(yù)警級(jí)別，就會(huì)以預(yù)警的方式提醒系統(tǒng)管理員。
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