2.2.1 Предварительная обработка исходной информации в задачах прогнозной экстраполяции

Предварительная обработка исходного числового ряда направ-лена на решение следующих задач (всех или части из них): сни-зить влияние случайной составляющей в исходном числовом ряду, т. е. приблизить его к тренду; представить информацию, содержащуюся в числовом ряду, в таком виде, чтобы существенно снизить трудность математического описания тренда. Основными методами решения этих задач являются процедуры сглаживания и выравнивания статистического ряда.

Процедура сглаживания направлена на минимизацию случай-ных отклонений точек ряда от некоторой гладкой кривой пред-полагаемого тренда процесса. Наиболее распространен способ осреднения уровня по некоторой совокупности окружающих точек, причем эта операция перемещается вдоль ряда точек, в связи с чем обычно называется скользящая средняя. В самом простом варианте сглаживающая функция линейна и сглаживающая груп-па состоит из предыдущей и последующей точек, в более слож-ных -- функция нелинейна и использует группу произвольного числа точек.

Сглаживание производится с помощью многочленов, прибли-жающих по методу наименьших квадратов группы опытных точек. Наилучшее сглаживание получается для средних точек группы, поэтому желательно выбирать нечетное количество точек в сглаживаемой группе.

Сглаживание даже в простом линейном варианте является во многих случаях весьма эффективным средством выявления тренда при наложении на эмпирический числовой ряд случайных помех и ошибок измерения. Для рядов со значительной ампли-тудой помехи имеется возможность проводить многократное сгла-живание исходного числового ряда. Число последовательных циклов сглаживания должно выбираться в зависимости от вида исходного ряда, от степени предполагаемой его зашумленности помехой, от цели, которую преследует сглаживание. Надо иметь при этом в виду, что эффективность этой процедуры быстро уменьшается (в большинстве случаев), так что целесообразно повторять ее от одного до трех раз.

Линейное сглаживание является достаточно грубой процеду-рой, выявляющей общий приблизительный вид тренда. Для более точного определения формы сглаженной кривой может применять-ся операция нелинейного сглаживания или взвешенные скользящие средние. В этом случае ординатам точек, входящих в сколь-зящую группу, приписываются различные веса в зависимости от их расстояния от середины интервала сглаживания.

Если сглаживание направлено на первичную обработку число-вого ряда для исключения случайных колебаний и выявления тренда, то выравнивание служит целям более удобного представ-ления исходного ряда, оставляя прежними его значения.

Наиболее общими приемами выравнивания являются логариф-мирование и замена переменных.

В случае если эмпирическая формула предполагается содер-жащей три параметра либо известно, что функция трехпарамет-рическая, иногда удается путем некоторых преобразований иск-лючить один из параметров, а оставшиеся два привести к одной из формул выравнивания.

Можно рассматривать выравнивание не только как метод представления исходных данных, но и как метод непосредствен-ного приближенного определения параметров функции, аппрокси-мирующей исходный числовой ряд. Зачастую именно так и используется этот метод в некоторых экстраполяционных про-гнозах. Отметим, что возможность непосредственного его исполь-зования для определения параметров аппроксимирующей функ-ции определяется главным образом видом исходного числового ряда и степенью наших знаний, нашей уверенности относительно вида функции, описывающей исследуемый процесс.

В том случае, если вид функции нам неизвестен, выравнива-ние следует рассматривать как предварительную процедуру, в процессе которой путем применения различных формул и прие-мов выясняется наиболее подходящий вид функции, описывающей эмпирический ряд.

Одной из разновидностей метода выравнивания является исследование эмпирического ряда с целью выяснения некоторых свойств функции, описывающей его. При этом не обязательно преобразования приводят к линейным формам. Однако результа-ты их подготавливают и облегчают процесс выбора аппроксими-рующей функции в задачах прогностической экстраполяции. В простейшем случае предлагается использовать следующие три типа дифференциальных функций роста:

1) Первая производная, или абсолютная дифференциальная функция роста.

2) Относительный дифференциальный коэффициент, или лога-рифмическая производная,

3) Эластичность функции