Models and algorithms of nonlinear regression analysis of time series

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The analysis of data describing certain objects and processes is primarily intended to find dependencies within them and to identify the dynamics of their development. The goals of analysis and forecasting are to prepare materials for making informed decisions. This work examines the stages, methods, and algorithms of conducting analysis aimed at obtaining, primarily, functional dependencies that are suitable not only for description but also for predicting the behavior of the studied objects and processes. The analysis itself is viewed as a multi-stage process that includes data preparation, identifying and removing noise from the data as much as possible, finding a long-term trend, identifying oscillatory components, periodicity of fluctuations, assessing the dynamics of amplitude fluctuations, evaluating the accuracy of possible approximations of the process, and the feasibility of forecasting considering the level of data noise. A number of procedures are proposed to ensure a reasoned verification of hypotheses about the course of processes and to obtain analytical, including differential dependencies based on optimization methods for parameter fitting of nonlinear dependencies. The methods discussed allow for conducting a sufficiently objective data analysis and create conditions for building a reasonable forecast. A numerical analysis was conducted based on multi-year statistics of production dynamics. The scientific novelty of the study lies in the development of a methodology for decomposing the process into trend and oscillatory components. Unlike most existing studies of process dynamics analysis, significant attention is given to accounting for and assessing the noise level by determining the limits of accuracy of the obtained results and, moreover, forecasts, which helps avoid unfounded conclusions and decisions and the construction of "overly" precise results based on insufficiently precise initial data, taking into account the requirements of function smoothness at the existing noise level. The use of limited growth functions and the identification of trend shift points allows for correct qualitative long-term forecasting without unreasonable predictions of a catastrophic course of the studied process. The results obtained allow for an analytical expression of the studied processes, primarily economic ones, which not only enables the approximation of the process behavior but also reveals its physical essence, thus allowing the application of these solutions to a whole class of processes of a similar nature.

About the authors

Alexander Yakovlevich Sklyar

Email: askliar@mail.ru

References

  1. Breiman L., Friedman J., Olshen R.A., Stone C.J. Classification and Regression Trees. New York: Imprint Chapman and Hall/CRC, 2017. – 368 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9781315139470. (First published 1984)
  2. Дюран Б., Оделл П. Кластерный анализ. М.: Статистика, 1977. – 128 с.
  3. Рашид Тарик. Создаем нейронную сеть. М.: Диалектика-Вильямс, 2023. – 272 с.
  4. Мошков М. Ю. Оценки глубины деревьев решений над конечными двузначными системами проверок. // Математические вопросы кибернетики. Вып. 7. М.: Физматлит, 1998. С. 161-168. URL: http://library.keldysh.ru/mvk.asp?id=1998-161.
  5. Savitzky A., Golay M.J.E. Smoothing and Differentiation of Data by Simplified Least Squares Procedures. Analytical Chemistry. 1964. 36(8). P. 1627-1639.
  6. Скляр А.Я. Анализ и устранение шумовой компоненты во временных рядах с переменным шагом // Кибернетика и программирование. 2019. № 1. С. 51-59. doi: 10.25136/2644-5522.2019.1.27031 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=27031
  7. Скляр А. Я. Математическое моделирование экономических процессов на основе принципа максимума полезности. М.: РТУ МИРЭА, 2021. – 180 с.
  8. Кузьмин В.И., Самохин А.Б., Гадзаов А.Ф., Чердынцев В.В. Модели и методы определения параметров нелинейных процессов. М.: Московский технологический университет (МИРЭА), 2016. – 148 с.
  9. Johnson M. Correlations of cycles in weather, solar activity, geomagnetic values and planetary configurations. San Francisco: Phillips and Van Orden, 1944. – 122 p.
  10. Кузьмин В.И., Самохин А.Б. Почти периодические функции с трендом. Вестник МГТУ МИРЭА. 2015. № 4(9). Т. 2. С. 105-107. EDN: VHIYPJ

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».