background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

3. Wyrównywanie szeregu czasowego za pomocą średnich (skrót)

1

 

 
     Przedmiotem  wykładu  będą  obecnie  metody  prognozowania  oparte  na  wygładzaniu.  Na  pierwszym 
wykładzie  omawiano  strukturę  szeregu  czasowego  zmiennej 

t

y

,  wyodrębniając  składową  systematyczną, 

cykliczną,  sezonową  i    zakłócenie  przypadkowe  (losowe).  Oryginalne  szeregi  czasowe  zawierają  zatem 
efekty  oddziaływania  czynników  przypadkowych.  Procedura  wygładzania  jest  operacją  wykonywaną  na 
oryginalnych  wyrazach  szeregu  czasowego.  Oryginalne  wartości  są  w  toku  procedury  wygładzania 
zastępowane przez odpowiednio dobrane funkcje tych wyrazów, które szacują systematyczne i periodyczne 
składowe  szeregu.  Wartości  wygładzone  możemy  interpretować  jako  wartości  oczyszczone  z  zakłóceń 
losowych.  
     Wszystkie metody prognozowania, które omawiać będziemy w trakcie tego wykładu będą składały się z 
dwóch etapów: 

 

wygładzania szeregu, 

  prognozowania szeregu. 

     Prognoza  na  okres 

)

(

j

t

,  wyznaczona  w  okresie 

t

  jest  równa  dostępnej  w  tym  okresie  wartości 

wygładzonej szeregu. 
 
 
 

Schemat 3.1 Metody prognozowania oparte na wygładzaniu 

 

Źródło: opracowanie własne 

 
     Schemat    3.1  prezentuje  algorytm  określający  sposób  postępowania  w  procedurach  wykorzystujących 
metody  prognozowania  oparte  na  wygładzaniu.  Ponieważ  apriori  trudno  jest  stwierdzić  jaki  sposób 
wygładzania  zapewni  najlepszą  jakość  prognozowania  w  odniesieniu  do  danego  szeregu  czasowego, 
algorytm  zakłada  prognozowanie  obserwacji  historycznych  (ex  post)  oraz  ocenę  na  tej  podstawie 

                                                

1

  Materiał  dydaktyczny  do  wykorzystania  przez  studentów  uczestniczących  w  wykładach  z  Prognozowania, 

prowadzonych przez Tadeusza W. Bołta. 
 

Wygładzanie szeregu 

daną metodą (1) 

Prognozowanie obserwacji 

historycznych (2) 

 

Prognozy nie -

dopuszczalne 

 

Prognozy 

dopuszczalne 

Prognozowanie 

ex ante (3a) 

Wybór nowej metody 
wygładzania (3b) 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

dokładności  prognozowania.  Jeśli  prognozy  okazują  się  niewystarczająco  dokładne  (niedopuszczalne) 
następuje wybór nowego sposobu wygładzania i powrót do pierwszego etapu procedury. 
     Formalnie rzecz biorąc, dla szeregu czasowego liczącego 

T

 wyrazów, wygładzanie można opisać w 

następujący sposób: 
 

)

,...

,

(

)

(

2

1

t

t

y

y

y

f

y

)

,...,

2

,

1

(

T

t

 

 
gdzie 

)

(

t

y

 jest wartością wygładzoną na okres 

t

  w  oparciu o informacje dostępne aż do tego okresu. 

     Prognozą ex post  na okres 

)

(

j

t

, wyznaczoną w okresie 

t

 jest: 

 

)

(

t

p

j

t

y

y

)

,...,

2

,

1

(

T

t

 
     W  trakcie  wykładu  rozpatrywać  będziemy  różne  sposoby  wygładzania  liniowego,  wykorzystujące 
średnie wartości szeregu, które dla porządku pogrupujemy na następujące klasy: 

   według kryterium sposobu liczenia średniej wyodrębniać będziemy: 

              a) średnie nieważone,  
              b) średnie ważone, 

   według kryterium sposobu aktualizacji próby wyodrębniać będziemy: 

             a) średnie obliczane rekurencyjnie (przez dołączanie kolejnych obserwacji), 
             b) średnie ruchome (przez wymianę obserwacji, z zachowaniem stałej szerokości ,,okna’’). 
W praktyce zatem każdy sposób wygładzania, który rozpatrywać będziemy w trakcie wykładów, określony 
będzie  przez  dwa  wyżej  wymienione  kryteria.  Występować  zatem  będą  średnie  nieważone  rekurencyjne  i 
średnie nieważone ruchome oraz średnie ważone rekurencyjne i średnie ważone ruchome. 
     Cechą średniej  nieważonej jest nadawanie tej samej  wagi  wszystkim  obserwacjom  z  danego podzbioru, 
dla  którego  wyznaczana  jest  wartość  średnia.  Cechą  średniej  ważonej  jest  nadawanie  różnych  wag 
obserwacjom starszym i nowszym

2

.  Cechą średniej obliczanej rekurencyjnie jest uwzględnianie wszystkich 

obserwacji  dostępnych  w  okresie 

t

,  natomiast  cechą  średniej  ruchomej  jest  odrzucanie  najstarszej 

obserwacji, za każdym razem, kiedy dołączona jest obserwacja najnowsza. 

 

Schemat 3.2 

Rodzaje średnich wykorzystywanych  w wyrównywaniu szeregów czasowych 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Źródło: opracowanie własne 

                                                

2

 Szczegółowo na ten temat w kolejnych punktach wykładu. 

 

Rodzaje  

średnich 

 

Rekurencyjne 

(SR) 

 

Ruchome 

(SM) 

 

Nieważone 

(SRN) 

 

Ważone 

(SRW) 

 

Nieważone 

(SMN) 

 

Ważone 

(SMW) 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

3.1. Średnia arytmetyczna rekurencyjna nieważona 
 
 
      Rekurencyjna średnia arytmetyczna szeregu jest obliczana w następujący sposób: 
 

t

s

s

t

y

t

y

1

1

)

,...,

2

,

1

(

T

t

 
Wszystkie  obserwacje  należące  do  podzbioru  pierwszych 

t

  elementów  szeregu  mają  wagi  równe 

)

/

1

t

Rozpisując powyższą równość dla kolejnych 

t

 otrzymujemy: 

 

1

1

y

y

 

)

(

2

1

2

1

2

y

y

y

 

)

(

3

1

3

2

1

3

y

y

y

y

 

…………………………. 

)

...

(

1

2

1

T

T

y

y

y

T

y

y

 
     Przeszacowanie  średniej  na  kolejny  okres  czasu  następuje  zatem  w  ślad  za  dołączeniem  kolejnej 
obserwacji. Można zapisać rekurencyjną formułę średniej arytmetycznej w następujący sposób: 
 

t

t

t

t

s

s

t

y

t

y

t

t

y

y

t

y

1

)

1

(

)

(

1

1

1

1

)

,...,

3

,

2

(

T

t

 
     Wykorzystamy obecnie wygładzone wartości do prognozowania ex post, zgodnie z następującą formułą:  
 

t

p

j

t

t

y

y

|

,.....)

,

;

,....,

,

(

2

1

2

1

j

j

T

t

 
     Prognozą  na  okres 

)

(

j

t

,  wyznaczaną  w  okresie 

t

  jest  dostępna  w  tym  okresie  ocena  średniej 

arytmetycznej (nieważonej) szeregu czasowego. 
      Błędem prognozy ex post jest: 
 

t

j

t

p

j

t

t

j

t

p

j

t

t

y

y

y

y

|

|

,.....)

,

;

,....,

,

(

2

1

2

1

j

j

T

t

 
     Do  opisu  błędów  ex  post  wykorzystywać  będziemy,  omówione  w  części  poprzedniej,  mierniki 
dokładności prognoz ex post, wraz z dekompozycjami prognostycznymi Theila. 
     W prognozowaniu ex ante wykorzystywana będzie dostępna w momencie wyznaczania prognozy średnia 
arytmetyczna. Ogólnie możemy zapisać, że: 
 

T

p

j

T

T

y

y

|

,.....)

2

,

1

(

j

 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

     Wyznaczone  dla  błędów  ex  post  miary  dokładności  wykorzystywać  będziemy  do  (przybliżonej)  oceny 
dokładności prognoz ex ante. 
 
3.2. Średnia arytmetyczna rekurencyjna ważona   
 
     Wygładzanie średnią nieważoną, jak pokazaliśmy w punkcie poprzednim, niesie zagrożenie wystąpienia 
systematycznego  błędu  przeszacowania/niedoszacowania    składnika  systematycznego  w  przypadku,  gdy 
szereg  czasowy  jest  niestacjonarny  (z  tendencją  malejącą/rosnącą).  Jednym  ze  sposobów  eliminacji  tego 
typu  błędów  jest  ważenie  obserwacji.  Intuicyjnie  rzecz  biorąc,  z  punktu  widzenia  wyznaczenia  wartości 
wygładzonej  na  okres 

t

,  informacje  starsze  powinny  mieć  mniejszą  wagę  niż  obserwacje  nowsze,  w 

szczególności obserwacja bieżąca.  
     Średnią arytmetyczną ważoną 

)

~

(

t

y

, wyznaczoną na okres 

t

, definiuje następująca równość: 

 

t

s

s

t

s

t

y

w

y

1

~

)

,...,

2

,

1

(

T

t

 

gdzie 

t

s

w

 oznacza wagę przypisaną obserwacji o numerze 

s

, w szeregu zawierającym 

t

 obserwacji. 

     O  wagach  zakładamy,  że  każda  z  nich  jest  unormowana  na  przedziale 

1

;

0

  oraz  że  sumują  się  do 

jedności, co zapiszemy: 
 

1

0

t

s

w

t

s

t

s

w

1

1

 
     W  wielu  przypadkach,  choć  nie  jest  to  bezwzględnie  konieczne,  zakładać  będziemy

3

,  że  wagi 

monotonicznie maleją jak rośnie odległość danego okresu od okresu bieżącego 

t

, co zapiszemy: 

 

t

t

t

t

t

t

w

w

w

w

1

2

1

......

.  

 
     Rozpisując wzór na średnią dla kolejnych okresów otrzymujemy: 
 

1

1

1

1

1

~

y

y

w

y

 

2

2

2

1

2

1

2

~

y

w

y

w

y

 

3

3

3

2

3

2

1

3

1

3

~

y

w

y

w

y

w

y

 

…………………………… 

T

T

T

T

T

T

y

w

y

w

y

w

y

....

~

2

2

1

1

 
     W literaturze przedmiotu najczęściej omawiane są trzy rodzaje wag

4

  wagi harmoniczne 

)

(

t

s

wh

,  

  wagi liniowe 

)

(

t

s

wl

,  

  wagi geometryczne 

)

(

t

s

wg

                                                

3

 W przypadku omawianych w częściach następnych wag w wygładzaniu metodą wyrównywania wykładniczego, wagi 

nie muszą spełniać tego warunku. 

4

 Zob. np. Z.Czerwiński, B.Guzik, Prognozowanie ekonometryczne, PWE Warszawa, 1980, str. 216-218. 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

            Wszystkie trzy rodzaje wag spełniają trzy wymienione wyżej warunki. Różnica między nimi polega 
na różnym tempie wygasania w miarę oddalania się od okresu bieżącego. Wagi harmoniczne charakteryzują 
się  tym,  że  ich  przyrosty  są  odwrotnie  proporcjonalne  do  czasu.  Wagi  liniowe  mają  stałe  przyrosty, 
natomiast wagi geometryczne stałe ilorazy.  
      Wagi harmoniczne definiowane są następująco:   
 

0

0

t

wh

)

1

(

1

1

s

t

t

wh

wh

t

s

t

s

)

,...,

1

;

,...,

2

,

1

(

t

s

T

t

 
     W  tablicy  3.1  podane  są  wagi  harmoniczne  dla  szeregów  czasowych  liczących  od 

1

t

  do 

8

t

 

obserwacji. Jak widać wszystkie wagi są unormowane, monotoniczne i sumują się do jedności. Przykładowe 
obliczenia dla 

3

t

 podajemy poniżej: 

 

0

3

0

wh

;   

9

1

)

1

1

3

(

3

1

3

0

3

1

wh

wh

;  

18

5

6

1

9

1

)

1

2

3

(

3

1

3

1

3

2

wh

wh

 

18

11

3

1

18

5

)

1

3

3

(

3

1

3

2

3

3

wh

wh

 

Tablica 3.1  Wagi harmoniczne 

t

s,

 

1
s

wh

 

2

s

wh

 

3

s

wh

 

4

s

wh

 

5

s

wh

 

6

s

wh

 

7

s

wh

 

8

s

wh

 

1,000 

0,250 

0,111 

0,063 

0,040 

0,028 

0,020 

0,016 

 

0,750 

0,278 

0,146 

0,090 

0,061 

0,044 

0,033 

 

 

0,611 

0,271 

0,157 

0,103 

0,073 

0,054 

 

 

 

0,521 

0,257 

0,158 

0,109 

0,079 

 

 

 

 

0,457 

0,242 

0,156 

0,111 

 

 

 

 

 

0,408 

0,228 

0,152 

 

 

 

 

 

 

0,370 

0,215 

 

 

 

 

 

 

 

0,340 

.... 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

                 Źródło: opracowanie własne 

 

Rysunek 3.1 Wagi harmoniczne

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

1

2

3

4

5

6

7

8

 

                                              Źródło: opracowanie własne 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

 

          Wagi liniowe 

)

(

t

s

wl

 dane są wzorem: 

 

t

i

t

s

i

s

wl

1

)

,...,

2

,

1

;

,...,

2

,

1

(

t

s

T

t

 

przy czym 

2

1

1

)

(

t

t

i

t

i

 

     W  tablicy  3.2  podane  są  wagi  harmoniczne  dla  szeregów  czasowych  liczących  od 

1

t

  do 

8

t

 

obserwacji. Przykładowe obliczenia dla 

3

t

 podajemy poniżej: 

 

12

2

)

1

3

(

3

2

3

1

wl

12

4

)

1

3

(

3

4

3

2

wl

12

6

)

1

3

(

3

6

3

3

wl

 
      Widać wyraźnie, że wagi te, dla ustalonego 

t

 mają stałe przyrosty. 

 

Tablica 3.2. Wagi liniowe 

t

s,

 

1
s

wl

 

2

s

wl

 

3

s

wl

 

4

s

wl

 

5

s

wl

 

6

s

wl

 

7

s

wl

 

8

s

wl

 

1,000 

0,333 

0,167 

0,100 

0,067 

0,048 

0,036 

0,028 

 

0,667 

0,333 

0,200 

0,133 

0,095 

0,071 

0,056 

 

 

0,500 

0,300 

0,200 

0,143 

0,107 

0,083 

 

 

 

0,400 

0,267 

0,190 

0,143 

0,111 

 

 

 

 

0,333 

0,238 

0,179 

0,139 

 

 

 

 

 

0,286 

0,214 

0,167 

 

 

 

 

 

 

0,250 

0,194 

 

 

 

 

 

 

 

0,222 

.... 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

           Źródło: opracowanie własne 

 

Rysunek 3.2 Wagi liniowe

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

1

2

3

4

5

6

7

8

 

                                                    Źródło: opracowanie własne 

 

     Wagi geometryczne 

)

(

t

s

wg

 definiowane są za pomocą wzoru: 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

 

)

1

(

)

1

(

t

s

t

t

s

q

q

q

wq

)

,...,

2

,

1

;

,...,

2

,

1

;

1

0

(

t

s

T

t

q

 
     Zmienność wag geometrycznych zależy od parametru 

q

. Wziąwszy 

q

 bliskie zera, co pokazuje tablica 

3.3,  otrzymujemy  wagi  szybko  zbiegające  do  zera,  w  miarę  wzrostu  odległości  od  okresu  bieżącego 

t

Biorąc 

q

  bliskie  jedności,  co  pokazuje    tablica    3.5,  otrzymujemy  wagi  wolno  malejące  w  miarę  wzrostu 

odległości od okresu bieżącego. Obliczenia dla 

3

t

 oraz 

10

,

0

q

 i 

90

,

0

q

 podajemy poniżej: 

 

001

,

0

999

,

0

009

,

0

)

1

,

0

1

(

1

,

0

*

9

,

0

3

2

3

1

wg

090

,

0

999

,

0

090

,

0

)

1

,

0

1

(

1

,

0

*

9

,

0

3

1

3

2

wg

;  

 

900

,

0

999

,

0

9

,

0

)

1

,

0

1

(

1

,

0

*

9

,

0

3

0

3

3

wg

 

299

,

0

271

,

0

081

,

0

)

9

,

0

1

(

9

,

0

*

1

,

0

3

2

3

1

wg

332

,

0

271

,

0

090

,

0

)

9

,

0

1

(

9

,

0

*

1

,

0

3

1

3

2

wg

;  

 

369

,

0

271

,

0

100

,

0

)

9

,

0

1

(

9

,

0

*

1

,

0

3

0

3

3

wg

 

Tablica 3.3. Wagi geometryczne,

10

,

0

q

 

t

s,

 

1
s

wg

 

2

s

wg

 

3

s

wg

 

4

s

wg

 

5

s

wg

 

6

s

wg

 

7

s

wg

 

8
s

wg

 

1,000 

0,091 

0,009 

0,001 

0,000 

0,000 

0,000 

0,000 

 

0,909 

0,090 

0,009 

0,001 

0,000 

0,000 

0,000 

 

 

0,901 

0,090 

0,009 

0,001 

0,000 

0,000 

 

 

 

0,900 

0,090 

0,009 

0,001 

0,000 

 

 

 

 

0,900 

0,090 

0,009 

0,001 

 

 

 

 

 

0,900 

0,090 

0,009 

 

 

 

 

 

 

0,900 

0,090 

 

 

 

 

 

 

 

0,900 

.... 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

           Źródło: opracowanie własne 

Tablica 3.4 Wagi geometryczne, 

50

,

0

q

 

t

s,

 

1
s

wg

 

2

s

wg

 

3

s

wg

 

4

s

wg

 

5

s

wg

 

6

s

wg

 

7

s

wg

 

8
s

wg

 

1,000 

0,333 

0,143 

0,067 

0,032 

0,016 

0,008 

0,004 

 

0,667 

0,286 

0,133 

0,065 

0,032 

0,016 

0,008 

 

 

0,571 

0,267 

0,129 

0,063 

0,031 

0,016 

 

 

 

0,533 

0,258 

0,127 

0,063 

0,031 

 

 

 

 

0,516 

0,254 

0,126 

0,063 

 

 

 

 

 

0,508 

0,252 

0,125 

 

 

 

 

 

 

0,504 

0,251 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

 

 

 

 

 

 

 

0,502 

.... 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

           Źródło: opracowanie własne 

Tablica 3.5 Wagi geometryczne, 

90

,

0

q

 

t

s,

 

1
s

wg

 

2

s

wg

 

3

s

wg

 

4

s

wg

 

5

s

wg

 

6

s

wg

 

7

s

wg

 

8
s

wg

 

1,000 

0,474 

0,299 

0,212 

0,160 

0,126 

0,102 

0,084 

 

0,526 

0,332 

0,236 

0,178 

0,140 

0,113 

0,093 

 

 

0,369 

0,262 

0,198 

0,156 

0,126 

0,104 

 

 

 

0,291 

0,220 

0,173 

0,140 

0,115 

 

 

 

 

0,244 

0,192 

0,155 

0,128 

 

 

 

 

 

0,213 

0,173 

0,142 

 

 

 

 

 

 

0,192 

0,158 

 

 

 

 

 

 

 

0,176 

.... 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

1,000 

                Źródło: opracowanie własne 

 

3.3 Wagi geometryczne q=0,10

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1

2

3

4

5

6

7

8

 

                                                   Źródło: opracowanie własne 

3.4 Wagi geometryczne q=0,50

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

1

2

3

4

5

6

7

8

 

                                                     Źródło: opracowanie własne 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

3.5 Wagi geometryczne q=0,90

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

1

2

3

4

5

6

7

8

 

                                                      Źródło: opracowanie własne 

 
     Wagi geometryczne są zatem bardzo  elastyczne, bowiem  dobierając odpowiednią wartość parametru 

q

 

otrzymujemy  bardzo  różne  sposoby  ważenia  obserwacji  historycznych.  Powstaje  problem,  jakie  wagi 
wybrać oraz jakie kryterium wyboru przyjąć?  Odpowiedź na to pytanie wynika z analizy błędów ex post. 
Jak  w  każdej  metodzie  prognozowania  opartej  na  wygładzaniu,  prognoza  jest  wyznaczana  na  poziomie 
dostępnej w okresie 

t

 wartości wygładzonej. W naszym przypadku zapiszemy: 

 

t

p

j

t

t

y

y

~

|

,...)

2

,

1

;

,...,

2

,

1

(

j

j

T

t

 
Błąd prognozy ex post obliczymy jak poprzednio: 
 

p

j

t

t

j

t

p

j

t

t

y

y

|

|

,...)

2

,

1

;

,...,

2

,

1

(

j

j

T

t

 
 
Zauważmy,  że  prognoza  jest  funkcją  wag,  gdyż  wartości  średniej  ważonej  zależą  od  wag.    Zapiszemy 
symbolicznie, że:  
 

)

(

~

)

(

|

w

y

w

y

t

p

j

t

t

 
Błąd prognozy ex post będzie zatem także funkcją wag: 
 

)

(

)

(

|

|

w

y

y

w

p

j

t

t

j

t

p

j

t

t

 
W  konsekwencji  wszystkie  parametry  rozkładu  błędów  prognoz  ex  post  będą  funkcjami  wag.  Zatem 
naturalnym sposobem  wyboru  wag będzie  optymalizacja  wybranego  miernika rozkładu błędów  względem 
wag. Jako kryterium wyboru możemy przyjąć na przykład: 
 

 

minimalizację średniego kwadratowego błędu prognozy, wtedy zapiszemy: 

 

             

min

))

(

(

1

1

)

(

1

1

2

w

T

t

p

j

t

p

j

w

j

T

w

MSE

 

 

minimalizację średniego absolutnego, procentowego błędu prognozy, co zapiszemy: 

 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

10 

             

j

T

t

w

p

j

t

p

j

w

j

T

w

MAPE

1

min

|

)

(

|

1

)

(

 

 

maksymalizację  współczynnika  korelacji  liniowej  Persona  (kwadratu  tego  współczynnika) 
pomiędzy  realizacjami  zmiennej  prognozowanej  a  prognozami    wyprzedzeniem  j  okresów,  co 
zapiszemy: 

 
             

min

)

(

,

w

y

y

w

r

p
j

      
     W  tablicach  3.22  –  3.33  przedstawiono  wyniki  procesu  prognozowania  stopy  inflacji  z  wyprzedzeniem 
jednego okresu z wykorzystaniem różnych ważonych średnich rekurencyjnych. 
 
3.3. Średnia ruchoma nieważona 
 
     Wyrównywanie  (wygładzanie)  szeregu  czasowego  omówioną  w  punkcie  poprzednim  metodą  średniej 
arytmetycznej  szeregu  daje  wyniki  obciążone  systematycznym  błędem,  szczególnie  w  przypadku 
niestacjonarnych  szeregów  czasowych,  charakteryzujących  się  występowaniem  tendencji  rosnącej 
(malejącej).  Jak  pokazaliśmy,  w  przypadku  tendencji  malejącej  wyrównanie  średnią  arytmetyczną  daje 
systematyczne  przeszacowanie  realizacji  szeregu  czasowego,  w  przypadku  tendencji  rosnącej  odwrotnie. 
Dlatego też  często stosowanym, elastycznym sposobem wygładzania szeregu czasowego jest zastosowanie 
średniej ruchomej.  
     Załóżmy,  że  dysponujemy  szeregiem  czasowym 

t

y

)

,...,

2

,

1

(

T

t

.  Średnią  ruchomą  nieważoną 

nazywać będziemy ciąg średnich (arytmetycznych) szeregu wyznaczonych w następujący sposób

5

 

t

k

t

s

s

t

t

k

t

k

t

k

t

y

k

y

y

y

y

k

y

1

1

2

1

1

1

)

...

(

)

(

)

,...,

(

T

k

t

 
gdzie 

2

k

  jest  parametrem  nazywanym  ,,szerokością  okna’’  wygładzania

6

. Wybór stałej 

k

  przesądza  o 

tym w jaki sposób następować będzie wygładzanie szeregu.  Przyjmując małe 

k

 otrzymujemy tzw. średnią 

szybką,  tj.  liczoną  na  podstawie  niewielkiej  liczby  okresów,  szybko  reagującą  na  wymianę  informacji. 
Przyjmując 

k

 duże, otrzymujemy tzw. średnią wolną, tj. liczoną na podstawie dużej liczby okresów, gdzie 

wymiana obserwacji nie wpływa na istotne przeszacowanie średniej.  
Rozpisując dla kolejnych t otrzymujemy: 
 

)

...

(

)

(

k

k

k

y

y

y

k

y

2

1

1

 

)

...

(

)

(

1

3

2

1

1

k

k

k

y

y

y

k

y

 

)

...

(

)

(

2

4

3

2

1

k

k

k

y

y

y

k

y

 

…………………………… 
 

                                                

5

 Górny indeks w nawiasie 

)

(k

 oznacza szerokość okna wygładzania. 

6

  Wybór 

1

k

  sprowadza  omawianą  metodę  do  prognozowania  bez  wygładzania,  omówionego  jako  ,,metoda 

naiwna’’ w trakcie wykładu 2. 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

11 

)

...

(

)

(

T

k

T

k

T

k

T

y

y

y

k

y

2

1

1

 

 
Przykład dla k=2: 

)

(

)

(

2

1

2

2

2

1

y

y

y

 

)

(

)

(

3

2

2

3

2

1

y

y

y

 

)

(

)

(

4

3

2

4

2

1

y

y

y

 

…………………………… 
 

)

(

)

(

T

T

T

y

y

y

1

2

2

1

 

 
 
 
     Średnia  ruchoma  jest  to  zatem  średnia  liczona  dla  kolejnych,  przesuwanych  po  osi  czasu  przedziałów, 
kiedy w kolejnym przedziale czasowym najstarsza obserwacja jest odrzucana, natomiast kolejna najnowsza 
jest dołączana. 
     Dla szeregu czasowego liczącego 

T

 wyrazów, liczba wyznaczonych średnich ruchomych wynosi zatem 

)

1

(

k

T

.  

     Prognozę ex post wyznaczymy w następujący sposób: 
 

)

(

|

k

t

p

j

t

t

y

y

,...)

,

;

,...,

(

2

1

j

j

T

k

t

 
 

3.4. Średnia ruchoma ważona   
 

     Średnią ruchoma ważoną 

)

~

(

)

(k

t

y

, wyznaczoną na okres 

t

, definiuje następująca równość: 

 

t

k

t

s

s

k

i

k

t

y

w

y

1

)

(

~

)

,...,

;

,...,

(

k

i

T

k

t

1

 

gdzie 

k

i

 oznacza wagę przypisaną obserwacji o numerze  , w szeregu zawierającym   obserwacji. 

     O  wagach  zakładamy,  że  każda  z  nich  jest  unormowana  na  przedziale 

1

;

0

  oraz  że  sumują  się  do 

jedności, co zapiszemy: 
 

1

0

k

i

w

k

i

k

i

w

1

1. 

 
Ponieważ  w średniej ruchomej szerokość okna jest ustalona i równa ,,k’’, zatem  wagi zależą od ,,k’’ i są 
ustalone dla całej próby. Rozpisując dla kolejnych t otrzymujemy: 
 

k

k

k

k

k

k

k

y

w

y

w

y

w

y

...

~

)

(

2

2

1

1

 

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

12 

 

1

3

2

2

1

1

k

k

k

k

k

k

k

y

w

y

w

y

w

y

...

~

)

(

 

 

2

4

2

3

1

2

k

k

k

k

k

k

k

y

w

y

w

y

w

y

...

~

)

(

 

…………………………… 
 

T

k

k

k

T

k

k

T

k

k

T

y

w

y

w

y

w

y

...

~

)

(

2

2

1

1

 

 
 
Przykład dla k=2: 
 

2

2

2

1

2

1

2

2

y

w

y

w

y

)

(

~

 

3

2

2

2

2

1

2

3

y

w

y

w

y

)

(

~

 

4

2

2

3

2

1

2

4

y

w

y

w

y

)

(

~

 

…………………………… 
 

T

T

T

y

w

y

w

y

2

2

1

2

1

2

)

(

~

 

 
      Wagi harmoniczne definiowane dla ustalonego  są następująco:   
 

0

0

k

wh

)

(

1

1

1

s

k

k

wh

wh

k

s

k

s

)

,...,

(

k

1

 
Przykład wag harmonicznych dla dla 

2

k

 

0

2

0

wh

25

0

1

1

2

2

1

2

0

2

1

,

)

(

wh

wh

75

0

50

0

25

0

1

2

2

2

1

2

1

2

2

,

,

,

)

(

wh

wh

 

 
 

Wagi liniowe dla ustalonego 

k

 

)

(

k

s

wl

 dane są wzorem: 

 

k

i

k

s

i

s

wl

1

)

,...,

,

(

k

s

2

1

 

przy czym 

2

1

1

)

(

k

k

i

k

i

 

Przykład wag liniowych dla 

2

k

 

3

1

1

2

2

2

2

1

)

(

wl

3

2

1

2

2

4

2

2

)

(

wl

background image

Prognozowanie, Tadeusz W.Bołt,  

 

13 

     Wagi geometryczne dla ustalonego   

)

(

k

s

wg

 definiowane są za pomocą wzoru: 

 

)

(

)

(

k

s

k

k

s

q

q

q

wq

1

1

)

,...,

,

;

(

k

s

q

2

1

1

0

 
Przykład wag geometrycznych  dla 

2

k

 

)

(

)

(

2

2

1

1

1

q

q

q

wq

)

(

)

(

)

(

)

(

2

2

0

2

2

1

1

1

1

q

q

q

q

q

wq