Prophet在R语言中进行时间序列数据预测

简介: Prophet在R语言中进行时间序列数据预测

在本文中您将学习如何使用Prophet(在R中)解决一个常见问题:预测公司明年的每日订单。

 

数据准备与探索

先知最适合每日定期数据以及至少一年的历史数据。我们将使用SQL处理每天要预测的数据:

`select
``  date,
  value
from modeanalytics.daily_orders
order by date`

现在,我们每天都有数据,我们可以将SQL查询结果集通过管道传递到R笔记本中的R数据框对象中。首先,将您的SQL查询重命名为Daily Orders。然后,在R 中,我们可以使用以下语句将查询结果集传递到数据帧df中:


df <- datasets[["Daily Orders"]]

为了快速了解您的数据框包含多少个观测值,可以运行以下语句:

# Retreive dimension of object
dim(df)

Prophet总是希望输入DataFrame中有两列:ds,分别y,包含日期和数值。

# Inspect variables
str(df)

在此示例中,您将需要进行一些手动的类转换:

# Parse date column
df <- mutate (
df,
date = ymd_hms(date) # parse date column using lubridate ymd_hms function
)

一旦确认数据框中的列是正确的类,就可以ds在数据框中创建一个新列,该列是date列的精确副本,一个新列y是value列的精确副本:

df <- mutate (
df,
ds = date,  # Create new ds column from date using mutate
y = value   # Create new y column from value using mutate
)

然后,您可以重新调整该date列的用途,以用作数据框 :

现在您已经准备好要与Prophet一起使用的数据,在将数据输入到Prophet中之前,将其作图并检查数据的外观是个好习惯。


 

  1. 2017年5月左右,趋势轨迹发生了明显变化。默认情况下,Prophet自动检测到此类“ 趋势变化点 ”,并允许趋势进行适当调整。先知还允许对这些趋势变化点的识别进行更细粒度的控制。
  2. 每周和每年都有明显的季节性。如果时间序列长于两个周期以上,则先知将自动适应每周和每年的季节性。
  3. 我们的观察结果的均值和方差随时间增加。


Box-Cox变换

通常在预测中,您会明确选择一种特定类型的幂变换,以将其应用于数据以消除噪声,然后再将数据输入到预测模型中(例如,对数变换或平方根变换等)。但是,有时可能难以确定哪种功率变换适合您的数据。

Box-Cox变换是一种数据变换,用于评估一组Lambda系数(λ)并选择可实现最佳正态性近似值的值。

 

如果我们将新转换的数据与未转换的数据一起绘制,则可以看到Box-Cox转换能够消除随着时间变化而观察到的许多增加的方差:


预测

使用Prophet通过Box-Cox转换的数据集拟合模型后,现在就可以开始对未来日期进行预测。

现在,我们可以使用该predict()函数对未来数据帧中的每一行进行预测。


forecast <- predict(m, future)

此时,Prophet将创建一个分配给预测变量的新数据框,其中包含名为的列下的未来日期的预测值yhat以及不确定性间隔和预测的组成部分。:

plot(m, forecast)

在我们的示例中,我们的预测如下所示:


如果要可视化各个预测组件,则可以使用Prophet的内置plot_components功能:

plot_components在我们的示例数据上运行将返回以下一组组件可视化:


预测和组件可视化显示,Prophet能够准确地建模数据中的潜在趋势,同时还可以精确地建模每周和每年的季节性(例如,周末和节假日的订单量较低)。


逆Box-Cox变换

由于先知用于Box-Cox转换后的数据,因此您需要将预测值转换回其原始单位。要将新的预测值转换回其原始单位,您将需要执行Box-Cox逆转换。

现在,您已将预测值转换回其原始单位,现在可以将预测值与历史值一起可视化:

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