灰色系统中的单序列一阶线性微分方程模型GM(1,1):
设原始数据列x^((0) )=(x^((0) ) (1),x^((0) ) (2),…x^((0) ) (n)),其中n为数据个数。根据x^((0) )数据建立GM(1,1)来实现预测功能,则基本步骤如下:
(1)原始数据累加以便弱化随机程序的波动性和随机性,得到新数据序列,x^((1) )=(x^((1) ) (1),x^((1) ) (2),…x^((1) ) (n)),其中,x^((1) ) (t)中各数据表示对应前几项数据的累加,即x^((1) ) (t)=∑_(k=1)^t▒〖x^((0) ) (k) 〗,t=1,2,…,n;
(2)对x^((1) ) (t)建立x^((1) ) (t)的一阶线性微分方程,(dx^((1)))⁄dt+ax^((1))=u,其中,a、u为待定系数,分别称为发展系数和灰色作用量,a的有效区间是(-2,2),并记a、u构成的矩阵为a ̂=(■(a@u))。即只要求出参数a、u,就能求出x^((1) ) (t),进而求出x^((0) )的未来预测值;
(3)对累加生成数据做均值生成B与常数项向量Yn,即
B=[■(0.5(x^((1) ) (1)+x^((1) ) (2))@0.5(x^((1) ) (2)+x^((1) ) (3))@0.5(x^((1) ) (n-1)+x^((1) ) (n)) )], Y_n=(x^((0) ) (2),x^((0) ) (3),…x^((0) ) (n))^T;
(4)用最小二乘法求解灰参数a ̂,则a ̂=(■(a@u))=〖(B^T B)〗^(-1) B^T Y;
(5)将灰参数a ̂代入(dx^((1)))⁄dt+ax^((1))=u,并对(dx^((1)))⁄dt+ax^((1))=u进行求解,得x ̂^((1)) (t+1)=(x^((0) ) (1)-u⁄a) e^(-at)+u⁄a,由于a ̂是通过最小二乘法求出的近似值,所以x ̂^((1)) (t+1)是一个近似表达式,为了与原序列x^((1)) (t+1)区分开来,故记为x ̂^((1)) (t+1);
(6)对函数表达式x ̂^((1)) (t+1)及x ̂^((1)) (t)进行离散,并将二者做差以便还原x^((0) )原序列,得到近似数据序列x ̂^((0)) (t+1)=x ̂^((1)) (t+1)-x ̂^((1)) (t);
(7)对建立的灰色数据模型进行检验;
(8)利用模型进行预测
x ̂^((0))=[■(■(⏟(x ̂^((0) ) (1),x ̂^((0) ) (2),…,x ̂^((0) ) (n) )@原数列的模拟)&■(⏟(x ̂^((0) ) (n+1),…,x ̂^((0) ) (n+m) )@未来数列的模拟))]