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Python数据建模(时序模型篇)
来源:职业讲师 | 作者:傅老师 | 发布时间: 2023-02-28 | 459 次浏览 | 分享到:
本课程为中级课程《大数据建模》的第二篇:时序篇。本课程主要讲解如何利用Python进行时间序列的数据建模,帮助学员构建系统全面的预测建模思维,提升学员的数据建模综合能力。本系列课程从实际的业务需求出发,结合行业的典型应用特点,围绕实际的商业问题,对数据预测建模的过程进行了全面的介绍(从模型选择,到属性选择,再到训练模型,评估模型以及优化模型),通过大量的操作演练,帮助学员掌握数据建模的思路、方法、技巧,以提升学员的数据建模的能力,支撑运营决策的目的。

课程目标:
通过本课程的学习,达到如下目的:
    掌握数据建模的标准流程。
    掌握时序预测建模的基本思想,理解因素分解的思路。
    掌握常用的趋势拟合模型。
    掌握常用的季节预测模型,能够进行季节周期性的时序建模。
    深刻理念平稳序列的概念,以及平稳性检验。
    掌握平稳序列的模型识别,以及模型定阶。
    掌握时序预测模型的评估,以及优化。
    掌握高级时序模型的训练与建模。

授课时间:
2天时间(要根据学员的实际情况调整重点内容及时间)

授课对象:
业务支撑部、运营分析部、数据分析部、IT系统部、大数据系统开发部等相关技术人员。

学员要求:
 每个学员自备一台便携机(必须)。
 便携机中事先安装好Python 3.9版本及以上。
 安装好Numpy,Pandas,statsmodels,sklearn,scipy,keras等扩展库。
注:讲师现场提供分析的代码和数据源。

授课方式:
建模流程+ 案例演练 + 开发实践 + 可视化呈现
采用互动式教学,围绕业务问题,展开数据分析过程,全过程演练操作,让学员在分析、分享、讲授、总结、自我实践过程中获得能力提升。

课程大纲:
第一部分:预测建模基础

1.数据建模六步法
    选择模型:基于业务选择恰当的数据模型
    属性筛选:选择对目标变量有显著影响的属性来建模
    训练模型:采用合适的算法,寻找到最合适的模型参数
    评估模型:进行评估模型的质量,判断模型是否可用
    优化模型:如果评估结果不理想,则需要对模型进行优化
    应用模型:如果评估结果满足要求,则可应用模型于业务场景
2.数据挖掘常用的模型
    数值预测模型:回归预测、时序预测等
    分类预测模型:逻辑回归、决策树、神经网络、支持向量机等
    市场细分:聚类、RFM、PCA等
    产品推荐:关联分析、协同过滤等
    产品优化:回归、随机效用等
    产品定价:定价策略/最优定价等
3.属性筛选/特征选择/变量降维
    基于变量本身特征
    基于相关性判断
    因子合并(PCA等)
    IV值筛选(评分卡使用)
    基于信息增益判断(决策树使用)
4.训练模型及实现算法
    模型原理
    算法实现
5.评估模型
    评估指标
    评估方法
    残差评估
6.模型优化
    优化模型:选择新模型/修改模型
    优化数据:新增显著自变量
    优化公式:采用新的计算公式
7.模型应用
    模型解读
    模型保存/加载
    模型应用/预测
8.好模型是优化出来的

第二部分:时序模型评估
1.评估指标
    判定系数:R^2和(R ) ̅^2
    平均误差:MAE
    根均方差:RMSE
    平均误差率:MAPE
2.信息准则指标
    赤池信息准则(Akaike Information Criterion,AIC)
    贝叶斯信息准则(Bayesian Information Criterion,BIC)
    HQIC(Hannan-Quinn Information Criterion,HQIC)
3.评估方法
    滚动交叉验证法(cross validation)
4.其它评估
    残差评估:白噪声评估

第三部分:趋势预测模型
问题:无法找到影响因素,无法回归建模,怎么办?随着业务受季节性因素影响,未来的销量如何预测?
1.时间序列简介
2.时序预测的原理及应用场景
3.常见时序预测模型
    趋势类预测模型
    季节类预测模型
    平稳时序预测模型
    其它高级模型
4.移动平均
    应用场景及原理
    理解滑动窗口
    移动平均种类
    一次移动平均
    二次移动平均
    加权移动平均
    移动平均比率法
    移动平均关键问题
    最佳期数N的选择原则
    最优权重系数的选取原则
演练:销售额预测模型及评估
演练:快销产品季节销量预测及评估
5.指数平滑
    应用场景及原理
    最优平滑系数的选取原则
    指数平滑种类
    一次指数平滑
    二次指数平滑(Brown线性)
    三次指数平滑
演练:煤炭产量预测
6.Holt趋势模型(亦称二次指数平滑)
    Holt线性模型
    Holt指数模型
    阻尼线性趋势
    阻尼指数趋势
    
第四部分:季节预测模型
1.因素分解思想
2.时间序列的四个构成要素
    长期趋势Trend
    季节变动Seasonality
    循环变动Circle
    不规则变动Irregular
案例:时间序列的季节分解
3.Holt-Winters季节模型
    三个组成部分
    三个平滑因子
4.HW加法模型
    适用场景
    计算公式
    超参优化
    模型解读
5.HW乘法模型
6.HW指数模型
案例:航空飞行里程预测模型
案例:汽车销量预测模型
案例:沃尔玛收益预测模型
7.基于回归的季节模型
    相加模型
    相乘模型
    模型训练及优化
    模型解读

第五部分:平稳序列模型
1.平稳序列预测模型简介
2.序列平稳性概念
    恒定的均值
    恒定的标准差
    与位置无关的协方差
3.序列平稳性检验
    折线图法
    ACF/PACF图
    ADF检测法
4.特殊平稳序列:白噪声
案例:序列平稳性检验
案例:白噪声检验
5.平稳序列常用拟合模型
    AR(p)自回归模型
    MA(q)移动平均模型
    ARMA(p,q)自回归移动平均模型
6.模型识别
    ACF图
    PACF图
7.模型定阶
    图形定阶(ACF/PACF)
    最小信息准则定阶
8.非平稳序列处理
    平滑法
    变量变换
    差分运算:k步差分与d阶差分
9.ARIMA(p,d,q)建模流程
案例:上海证券交易所收盘价建模
10.SARIMA(p,d,q)(P,D,Q,S)模型
    图形确定阶数
    遍历确定阶数
11.时序模型总结

第六部分:模型质量评估篇
1.回归模型的评估指标
    三个基本概念:SSR/SST/SSE
    两个判定系数:R^2,调整R^2
    三个误差指标:MAE/MAPE/RMSE
    平均绝对误差MAE
    均方差MSE/RMSE
    平均误差率MAPE
2.模型的评估方法
    原始评估法
    留出法(Hold-Out)
    交叉验证法(k-fold cross validation)
    自助采样法(Bootstrapping)
3.时间序列的滚动交叉验证

第七部分:高级时序模型
1.Prophet模型介绍
    趋势拟合
    季节性预测
    节假日和特殊事件的影响
    离群值分析
案例:销售额时序预测模型
2.LSTM模型简介
    数据集构造
    形状构造
    滚动预测
3.实战:广告点击量时序建模
结束:课程总结与问题答疑。