灰色预测模型gm(1,n)matlab
时间: 2023-09-05 11:03:38 浏览: 364
灰色预测模型GM(1, N)是一种基于灰色理论的时间序列预测方法,适用于具有较强趋势特征的数据。它通过建立灰色微分方程来模拟和预测时间序列的发展趋势。
在MATLAB中,我们可以使用gm(1, N)函数来实现灰色预测模型。
首先,我们需要准备要进行预测的时间序列数据。然后,通过调用gm(1, N)函数,将时间序列数据作为输入参数传递给函数。
下面是一个简单的示例代码:
```matlab
% 准备时间序列数据 - 以X为例
X = [10, 20, 30, 40, 50, 60];
% 调用gm(1, N)函数进行灰色预测模型
[Y, ~] = gm(1, X);
% 输出预测结果
disp(Y);
```
在上面的代码中,我们首先准备了一个包含了时间序列数据的向量X。然后,通过调用gm(1, N)函数,并将X作为输入参数传递给函数。函数将返回预测结果的向量Y。
最后,我们使用disp函数将预测结果打印出来。
需要注意的是,由于灰色预测模型的结果可能会受到初始数据的影响,因此在实际应用中,我们通常需要进行数据归一化或标准化的处理,以获得更准确的预测结果。
灰色预测模型GM(1, N)在很多实际问题中都有较好的预测效果,如经济预测、股票市场预测等。它在处理具有较强趋势特征的时间序列数据时,能够较好地捕捉到序列的发展趋势和规律,为未来的预测提供参考依据。
相关问题
gm1n灰色预测模型matlab
灰色GM(1,N)模型是一种用于描述多个变量之间关系和发展的预测模型。该模型以自变量的发展动态为基础,将因变量表现为自变量的函数,以达到预测观察对象的目的。在MATLAB中,可以通过以下步骤实现该模型的预测:
1. 读取数据:使用xlsread函数读取数据文件,将需要预测的因变量存储为A,自变量存储为x0。
2. 紧邻均值生成序列:根据原始数据计算紧邻均值生成序列Z,其中Z(i)为xi(1)的紧邻均值。
3. 原始数据累加:使用双重循环将原始数据一次累加,得到xi(1)的值。
4. 构建GM(1,N)模型:根据公式建立GM(1,N)模型,其中a为常数项,b为参数向量。
5. 预测值计算:使用模型参数计算预测值F,其中F(k)为第k年的预测值。
6. 还原原序列:将预测值与前一年的预测值做差,得到还原原序列的预测数据G。
7. 绘制图表:使用plot函数将真实值和预测值绘制成曲线图,以展示预测结果。
下面是MATLAB代码示例:
```matlab
clc;
clear all;
[num] = xlsread('C:\Users\Administrator\Desktop\G(1,n)\2011-2018 年地铁运营事故原因因素数据.xlsx')';
A = num(:, 1)';
x0 = num(:, 2:10)';
[n, m] = size(x0);
AGO = cumsum(A);
T = 1;
x1 = zeros(n, m, T);
for k = 2:m
Z(k) = (AGO(k) - AGO(k-1)) / 2;
end
for i = 1:n
for j = 1:m
for k = 1:j
x1(i, j) = x1(i, j) * x0(i, k);
end
end
end
x11 = x1(:, 1:m);
X = x1(:, 2:m)';
Yn = A;
Yn(1) = [];
Yn = Yn';
Z = Z(:, 2:m);
B = [-Z', X];
C = ((B' * B) \ (B' * Yn))';
a = C(1);
b = C(:, 2:n-1);
F = [];
F(1) = A(1);
u = zeros(1, m);
for i = 1:m
for j = 1:n
u(i) = u(i) + (b(j) * x11(j, i));
end
end
for k = 2:m
F(k) = (A(1) - u(k) / a) * exp(-a * (k-1)) + u(k) / a;
end
G = [];
G(1) = A(1);
for k = 2:m
G(k) = F(k) - F(k-1);
end
t1 = 2011:2011+m-1;
t2 = 2011:2011+m-1;
plot(t1, A, 'bo--');
hold on;
plot(t2, G, 'r*-');
title('G(1,N)预测结果');
xlabel('年份');
ylabel('事故数量');
legend('真实值', '预测值');
```
如果需要使用灰色GM(1,N)模型进行预测,可以按照上述步骤将数据导入MATLAB并运行代码即可。需要注意的是,根据具体需求,你可以根据自己的数据进行调整,以获得更准确的预测结果。
matlab 灰色预测模型GM(1,1)代码
<think>好的,我现在需要帮用户解决关于灰色预测模型GM(1,1)的MATLAB代码问题。首先,我得回顾一下GM(1,1)的基本原理,确保自己理解正确。灰色预测模型主要用于数据量少、信息不完全的情况,通过累加生成新序列来寻找规律,然后建立微分方程进行预测。
用户可能希望得到可以直接使用的代码,同时可能也需要了解代码的结构和实现步骤。所以,我应该先分解GM(1,1)的建模过程,然后逐步转化为MATLAB代码。接下来,要确认各个步骤对应的数学公式,比如累加生成、紧邻均值生成、参数估计等,并确保这些公式用正确的LaTeX格式呈现。
需要注意用户的系统级指令,尤其是关于行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,并且要检查LaTeX语法是否正确。同时,回答要结构清晰,分步骤说明,确保用户能理解每个部分的作用。
接下来,考虑代码的实现。首先是数据检验,比如级比检验,判断数据是否适合GM(1,1)模型。这部分需要计算级比范围,可能用户不太熟悉,所以需要在注释中说明。然后,进行累加生成操作,这里需要用cumsum函数。紧邻均值序列的计算可能需要用循环或者向量化操作。
参数估计部分涉及到最小二乘法,求a和b的值。这里需要构造B矩阵和Y矩阵,然后使用矩阵运算来求解。之后,建立模型方程,即时间响应式,并计算拟合值。最后,进行预测和结果输出,包括拟合效果评估如残差、相对误差等。
用户可能需要代码的完整性和可运行性,所以需要测试代码是否存在语法错误,比如矩阵运算是否正确,函数调用是否合适。例如,在计算参数a和b时,矩阵转置和乘法是否正确,是否用pinv来求逆矩阵避免奇异矩阵的问题。
另外,用户可能需要了解如何使用这个函数,所以提供一个示例数据,并展示调用过程。同时,提醒用户注意数据是否符合模型要求,比如级比检验不通过时的处理办法,或者数据预处理的方法。
最后,确保代码注释清晰,结构符合MATLAB的最佳实践,比如函数定义、输入输出变量的说明。可能还需要解释输出结果的含义,比如pre_point是预测值,而fit_effect包含各种评估指标。
在整理过程中,需要检查是否有遗漏的步骤,比如模型检验部分,是否包括后验差比、小误差概率等,但根据用户的问题,可能暂时不需要这些,所以可能简化。不过,根据用户的要求,尽量保证回答真实可靠,所以可能需要包括基本的检验指标。
总结来说,我需要分步骤构建代码,确保每个步骤对应模型的一个部分,同时用正确的中文注释和解释,帮助用户理解代码的工作原理,并且能够直接应用。</think>以下为MATLAB中灰色预测模型GM(1,1)的完整实现代码及分步解析:
```matlab
function [pre_point, fit_effect] = GM11(x0, pre_num)
% GM(1,1)灰色预测模型
% 输入参数:
% x0: 原始数据序列(行/列向量)
% pre_num: 预测点数
% 输出参数:
% pre_point: 预测值(包含预测点)
% fit_effect: 拟合效果结构体(含残差、相对误差等)
%% 数据检验
n = length(x0);
lambda = x0(2:end) ./ x0(1:end-1); % 计算级比
range = exp([-2/(n+1), 2/(n+1)]); % 可容覆盖区间$e^{(-2/(n+1), 2/(n+1))}$
if any(lambda < range(1)) || any(lambda > range(2))
warning('级比检验未通过,建议数据平移处理');
end
%% 累加生成
x1 = cumsum(x0); % 1-AGO序列
%% 紧邻均值生成
z1 = zeros(n-1,1);
for i = 1:n-1
z1(i) = 0.5*(x1(i) + x1(i+1));
end
%% 参数估计
B = [-z1, ones(n-1,1)];
Y = x0(2:end)';
ab = (B'*B)\B'*Y; % 最小二乘估计
a = ab(1); % 发展系数
b = ab(2); % 灰色作用量
%% 建立模型
syms x(t)
eq = diff(x) + a*x == b; % 白化方程$\frac{dx^{(1)}}{dt} + a x^{(1)} = b$
x_sol = dsolve(eq, x(0) == x0(1)); % 时间响应式
%% 计算拟合值
fit_x1 = double(subs(x_sol, t, 0:n-1)); % 累加值拟合
fit_x0 = [x0(1), fit_x1(2:end) - fit_x1(1:end-1)]; % 还原原始序列
%% 预测处理
pre_x1 = double(subs(x_sol, t, 0:n-1+pre_num)); % 累加预测
pre_x0 = [x0(1), pre_x1(2:end) - pre_x1(1:end-1)];
pre_point = pre_x0(end-pre_num+1:end); % 提取预测点
%% 残差检验
epsilon = x0 - fit_x0(1:n); % 残差
delta = abs(epsilon ./ x0); % 相对误差
fit_effect = struct('Residual', epsilon, 'RelError', delta);
end
```
---
### 代码使用说明
**1. 函数调用示例:**
```matlab
% 原始数据
x = [72.03, 73.84, 76.76, 78.27, 79.45];
% 预测后2个点
[pre, effect] = GM11(x, 2);
% 显示结果
disp('预测值:'); disp(pre)
disp('相对误差:'); disp(effect.RelError)
```
**2. 核心公式说明:**
- 白化方程:$$\frac{dx^{(1)}}{dt} + a x^{(1)} = b$$
- 时间响应式:$$x^{(1)}(t) = \left( x^{(0)}(1) - \frac{b}{a} \right)e^{-at} + \frac{b}{a}$$
**3. 关键参数:**
- 发展系数$a$决定模型类型:
- $a<0.3$时可用于中长期预测
- $0.3≤a<0.5$适合短期预测
- $a≥0.5$不建议使用该模型
**4. 注意事项:**
- 原始数据需满足级比检验,否则需进行数据平移
- 预测步长不宜过大,一般不超过总数据量的1/3
- 建议结合后验差检验(可添加C值、P值计算)评估模型精度
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### 扩展建议
1. **精度提升**:添加数据预处理模块(如对数变换、平移变换)
2. **模型优化**:引入新陈代谢模型处理数据波动
3. **验证指标**:增加后验差比和小误差概率计算
4. **可视化**:添加拟合曲线与预测曲线的对比绘图功能
如需具体实现上述扩展功能,可提供更详细的需求说明。
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