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【数学建模】灰色预测模型GM(1,1)附例题分析(MATLAB实现)

目录 一、灰色预测概述 1.灰色系统、白色系统和黑色系统2.灰色系统与其它学科的比较3.灰色预测分类及特点 二、灰色预测模型GM(1,1) 1.几个理论1.1 累加生成数(1-AGO) 1.2 累减生成数(IAGO) 1.3 邻值生成数 2.GM(1,1)2.1 灰微分方程模型 2.2 白化方程 3.算法步骤3.1 数据的检验与处理 3.2 建立模型,求出预测值 3.3 检验预测值三、实例及MATLAB实现

一、灰色预测概述 1.灰色系统、白色系统和黑色系统系统:客观世界在不断发展变化的同时,往往通过事物之间及因素之间相互制约、相互联系而构成的一个整体 白色系统:具有较充足的信息量,其发展变化规律明显,定量描述较方便,结构与参数较具体的系统 黑色系统:内部特性全部未知的一个系统,只能通过它与外界的联系来加以观测研究 灰色系统:介于白色系统与黑色系统之间,无法建立客观的物理原型,其作用原理亦不明确,内部因素难以辨识或之间关系隐蔽,很难准确了解其的行为特征的系统 2.灰色系统与其它学科的比较 项目灰色系统概率统计模糊数学研究对象贫信息不确定随机不确定认知不确定基础集合灰色朦胧集康托集模糊集方法依据信息覆盖映射映射途径手段灰序列算子频率统计截集数据要求任意分布典型分布隶属度可知侧重点内涵内涵外延目标现实规律历史统计规律认知表达特色小样本大样本凭经验 3.灰色预测分类及特点

灰色预测是用灰色模型GM(1,1)来进行定量分析的,通常分为以下几类:

灰色时间序列预测。用等时距观测到的反映预测对象特征的一系列数量(如产量、销量、人口数量、存款数量、利率等)构造灰色预测模型,预测未来某一时刻的特征量,或者达到某特征量的时间。 畸变预测(灾变预测)。通过模型预测异常值出现的时刻,预测异常值什么时候出现在特定时区内。 波形预测,或称为拓扑预测,它是通过灰色模型预测事物未来变动的轨迹。 系统预测,对系统行为特征指标建立一族相互关联的灰色预测理论模型,在预测系统整体变化的同时,预测系统各个环节的变化。 特点: 允许少数据预测 允许对灰因果律事件进行预测 具有可检验性二、灰色预测模型GM(1,1) 1.几个理论

通过对数列中的数据进行处理,产生新的数列,以此来挖掘和寻找数的规律性的方法叫做数的生成。

1.1 累加生成数(1-AGO)

记原始序列为: X ( 0 ) = ( x ( 0 ) ( 1 ) , x ( 0 ) ( 2 ) , . . . . . . . , x ( 0 ) ( n ) ) X^{(0)} = (x^{(0) }(1),x^{(0) }(2),.......,x^{(0) }(n)) X(0)=(x(0)(1),x(0)(2),.......,x(0)(n)) 一次累加生成序列为: X ( 1 ) = ( x ( 1 ) ( 1 ) , x ( 1 ) ( 2 ) , . . . . . . . , x ( 1 ) ( n ) ) X^{(1)} = (x^{(1) }(1),x^{(1) }(2),.......,x^{(1) }(n)) X(1)=(x(1)(1),x(1)(2),.......,x(1)(n)) 其中: x ( 1 ) ( k ) = ∑ i = 0 k x ( 0 ) ( i ) = x ( 1 ) ( k − 1 ) + x ( 0 ) ( k ) x^{(1)}(k)=\sum_{i=0} ^kx^{(0) }(i)=x^{(1) }(k-1)+x^{(0) }(k) x(1)(k)=i=0∑k​x(0)(i)=x(1)(k−1)+x(0)(k)

注:若实际数列中有负数,可使用移轴的方法,避免信息丢失。

1.2 累减生成数(IAGO)

累减生成数实质是累加生成数的逆运算。

记原始序列为: X ( 1 ) = ( x ( 1 ) ( 1 ) , x ( 1 ) ( 2 ) , . . . . . . . , x ( 1 ) ( n ) ) X^{(1)} = (x^{(1) }(1),x^{(1) }(2),.......,x^{(1) }(n)) X(1)=(x(1)(1),x(1)(2),.......,x(1)(n)) 一次累减生成序列 1-IAGO: X ( 0 ) = ( x ( 0 ) ( 1 ) , x ( 0 ) ( 2 ) , . . . . . . . , x ( 0 ) ( n ) ) X^{(0)} = (x^{(0) }(1),x^{(0) }(2),.......,x^{(0) }(n)) X(0)=(x(0)(1),x(0)(2),.......,x(0)(n)) 其中: x ( 0 ) ( k ) = x ( 1 ) ( k ) + x ( 1 ) ( k − 1 ) , k = 2 , 3 , . . . . . . . , n x^{(0)}(k)=x^{(1) }(k)+x^{(1) }(k-1),k=2,3,.......,n x(0)(k)=x

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