一文速学数模-时序预测模型(三)移动平均模型(MA)详解+Python实例代码

本文深入探讨了移动平均模型(MA)的原理,包括模型定义、自相关系数及其Python实现。通过案例分析,展示了MA模型在时间序列预测中的应用,包括平稳性检验、差分和建模过程。同时,对比了MA与AR模型的差异,提供了相关参考资源。

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目录

前言

一、移动平均模型(MA)

模型原理

自回归

 移动平均模型

自相关系数

常用的 MA 模型的自相关系数

通用:

 MA(1)模型:

 MA(2)模型:

自协方差函数

二、Python案例实现

平稳时间序列建模步骤

平稳性检验

输出内容解析:

补充说明:

MA预测模型

 消除趋势和季节性变化

差分Differencing

分解Decomposition

ACF自协方差和PACF偏自相关函数

模型建立

​编辑 MA与AR模型的对比

点关注,防走丢,如有纰漏之处,请留言指教,非常感谢

 参阅:



前言

有一段时间没有继续更新时间序列分析算法了,传统的时间序列预测算法已经快接近尾声了。按照我们系列文章的讲述顺序来看,还有四个算法没有提及:

平稳时间序列预测算法都是大头,比较难以讲明白。但是这个系列文章如果从头读到尾,细细品味研究的话,会发现时间序列预测算法从始至终都在做一件事,也就是如何更好的利用到历史数据,挖掘历史数据中蕴含的周期性规律或者是趋势。在看完这个系列的上述文章要理解平稳时间序列预测算法并不是一件难事,真正难的是原理和推导,以及实际起来运用方式,这是十分重要的。关键还是在于如何理解此类算法,好了就让我们开始一步一步完成此算法的推导以及代码编写到实际案例的运用。

博主会长期维护博文,有错误或者疑惑可以在评论区指出,感谢大家的支持。


非常抱歉,我之前提供的代码存在错误。在 PyTorch 中,并没有直接提供离散余弦变换(DCT)的函数。对于 DCT 的实现,你可以使用 `torch.rfft` 函数结合 DCT 系数矩阵来进行计算。 下面是一个修正后的示例代码: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim # 定义离散余弦变换(DCT)系数矩阵 dct_matrix = torch.zeros(256, 256) for i in range(256): for j in range(256): dct_matrix[i, j] = torch.cos((2 * i + 1) * j * 3.14159 / (2 * 256)) # 定义 OMP 算法 def omp(A, y, k): m, n = A.shape x = torch.zeros(n, 1) residual = y.clone() support = [] for _ in range(k): projections = torch.abs(A.t().matmul(residual)) index = torch.argmax(projections) support.append(index) AtA_inv = torch.linalg.inv(A[:, support].t().matmul(A[:, support])) x_new = AtA_inv.matmul(A[:, support].t()).matmul(y) residual = y - A[:, support].matmul(x_new) x[support] = x_new return x # 加载原始图像 image = torch.randn(256, 256) # 压缩感知成像 measurement_matrix = torch.fft.fft(torch.eye(256), dim=0).real compressed = measurement_matrix.matmul(image.flatten().unsqueeze(1)) # 使用 OMP 进行重构 reconstructed = omp(dct_matrix, compressed, k=100) # 计算重构误差 mse = nn.MSELoss() reconstruction_error = mse(image, reconstructed.reshape(image.shape)) print("重构误差:", reconstruction_error.item()) ``` 在这个示例中,我们手动定义了 DCT 系数矩阵 `dct_matrix`,然后使用 `torch.fft.fft` 函数计算测量矩阵,并进行实部提取。接下来的步骤与之前的示例相同。 请注意,这只是一个示例,用于演示如何使用自定义的 DCT 系数矩阵进行压缩感知成像。在实际应用中,你可能需要根据具体的需求进行调整和优化。
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