Прогнозування з використанням нейромережевих моделей

Мета роботм: Вивчити методи прогнозування з використанням нейромережевих моделей. Побудувати прогнозну нейромережеву модель за допомогою пакету Neural Networks Toolbox, що входить до складу системи MATLAB.

Теоретичні відомості:

Сутність прогнозу та прогнозування

Розглянемо основні поняття і терміни, що використовуються у сфері прогнозування. Під прогнозуванням звичайно розуміють наукове, тобто засноване на аналізі фактів і доказів, причинно-наслідкових зв’язків, закономірностей визначення ймовірних шляхів та результатів майбутнього розвитку явищ і процесів, оцінку показників, що характеризують ці явища та процеси для більш-менш віддаленого майбутнього. Прогнозування є частиною більш загального поняття передбачення, котре поєднує всі різновиди способів здобування інформації про майбутнє: наукове, що засноване на знанні закономірностей розвитку природи, суспільства, мислення; інтуїтивне — на передчуттях людини; буденне — на так званому життєвому досвіді, прикметах і т. ін.; релігійне пророкування грунтується на вірі в надприродні сили, на марновірствах.

Іноді в літературі зустрічається супровідне поняття «завбачення», котре замінює термін «прогнозування». Однак їх слід розрізняти між собою за ступенем ймовірності оцінок щодо майбутнього. Якщо прогноз — це ймовірне судження про стан якого-небудь об'єкта в майбутньому, то завбачення являє ймовірне судження про його майбутнє. Формула прогнозування — «ймовірно, буде», завбачення — «буде» .

На сьогоднішній день у самих різних сферах людської діяльності розроблена значна кількість прогнозів, котрі можуть бути класифіковані на різних підставах: залежно від цілей, завдань, об'єктів прогнозування, 'періоду упередження прогнозу і методів, що використовують для його розробки, і т. ін. Найбільш загальним критерієм типології всіх прогнозів є проблемно-цільовий критерій, що розмежовує прогнози з точки зору мети, заради якої вони розробляються. За даним критерієм розрізняють два типи прогнозів: пошукові (інша назва — дослідні, трендові) та нормативні (програмні, цільові).

Пошукове прогнозування — це визначення можливих станів об'єкта в майбутньому. При такому прогнозуванні здійснюється умовне продовження, перенесення в майбутнє існуючих у минулому і тепер тенденцій розвитку об'єкта з припущенням, що протягом прогнозованого періоду не станеться ніяких подій, котрі могли б різко змінити ці тенденції.

Нормативне прогнозування — це визначення шляхів і строків досягнення можливих станів об'єкта, котрі (стани) відповідають на запитання, яким шляхом можна досягти бажаного стану. Нормативне прогнозування будується на основі заздалегідь заданих норм, ідеалів, цілей.

На практиці, однак, обидва типи вказаних прогнозів у чистому вигляді зустрічаються рідко. Як правило, вони застосовуються в комплексі. Типова схема прогнозування в цьому випадку така: спочатку розвиток суб'єкта прогнозується виходячи із існуючих тенденцій (пошуковий прогноз). Якщо прогноз виявляється несприятливим, здійснюється пошук можливих способів, за допомогою яких вдалось би подолати несприятливий розвиток ситуації. При цьому ставиться мета, наприклад, зниження темпів зростання злочинності або її стабілізація на певному рівні, визначаються більш-менш точні строки та способи досягнення вказаної мети (нормативний прогноз).

До нормативного прогнозування відноситься й оцінка кримінологічних наслідків, проектів законодавчих та відомчих нормативних актів, взагалі будь-яких управлінських рішень, що стосуються правоохоронної сфери. Мінімізація таких наслідків ще на стадії розробки подібних документів, а також завчасна підготовка органів внутрішніх справ до дій в нових умовах, що виникають у зв’язку з їх прийняттям, — актуальна проблема сьогоднішнього дня.

Існують також інші типи прогнозів. Так, за об'єктом дослідження розрізняють природознавчі, науково-технічні та суспільствознавчі (соціально-економічні в широкому значенні цього терміна) прогнози. Своєю чергою природознавчі прогнози підрозділяються на такі види:

• 1) метеорологічні (погода, повітряні потоки та інші атмосферні явища);
• 2) гідрологічні (морські хвилювання, паводки, тайфуни, шторми і т. ін.);
• 3) геологічні (завали корисних копалин, землетруси, сход лавин і т. ін.);
• 4) біологічні, включаючи фенологічні та сільськогосподарські (врожайність, захворюваність і т. ін.);
• 5) медико-біологгчні (переважно хвороби людини);
• 6) космологічні (стан та рух небесних тіл, випромінювання, затемнення і т. ін.);
• 7) фізико-хімічні прогнози явищ мікросвіту.

Науково-технічне прогнозування охоплює, з одного боку, оцінку станів і перспектив роботи механізмів, приладів, електронної апаратури, а з іншого — прогнозування розвитку науки, техніки, технології, підготовки наукових кадрів і т. ін.

Суспільствознавчі прогнози підрозділяються на різні види залежно від конкретної форми їх прикладення, найбільш відомими з них є:

• 1) соціально-медичні (охорона здоров’я, фізкультура, спорт);
• 2) соціально-екологічні (перспективи збереження рівноваги між станом природного середовища та життєдіяльністю людини);
• 3) економічні (перспективи розвитку господарства і економічних відносин взагалі, різних форм господарювання та власності);
• 4) юридичні, в тому числі кримінально-правові та кримінологічні (розвиток держави та законодавства, стан злочинності та інших правопорушень, взагалі правових відносин);
• 5) демографічні (зміни чисельності населення, статево-вікової структури населення, міграції) та ін.

Слід особливо зупинитись на класифікації прогнозів з точки зору періоду упередження (горизонту прогнозування, періоду прогнозування), тобто часового інтервалу, на котрий розробляється прогноз.

У літературі зустрічається різна кількість градацій прогнозів за цим критерієм. У деяких випадках виділяють три види прогнозів: короткострокові, середньострокові та довгострокові'. Інші автори пропонують більш детальну градацію, додаючи до названих видів ще оперативні та наддовгострокові прогнози.

В основі визначення періоду упередження лежить загальний методологічний принцип: прогноз можливий лише в часових межах, в котрих кількісні зміни не виходять за межі даної якості, тобто поки діють характерні для даної якості закони.

Прогнозування значно ускладнюється в періоди переходу соціально-економічних систем із одного якісного стану в інший, коли особливо загострюються усі суспільні відносини, що різко збільшує невизначеність подальшого розвитку системи. В цих умовах система стає вразливою і будь-яке, навіть слабке збурювання, вплив випадкового фактора може стати вирішальним для подальшого п розвитку. Тому розробка достатньо надійних прогнозів, навіть на найближчу перспективу, в такі перехідні періоди, як свідчить, зокрема, досвід кримінологічного прогнозування, виявляється надзвичайно складною. Прикладом такого якісного стрибка є сучасний етап соціально-економічного розвитку нашого суспільства. Водночас зазначимо, що саме з цієї причини тепер широко використовується такий підхід до прогнозування, як розробка багатьох варіантних прогнозів. При цьому розробники прогнозу будують не один, а декілька (найчастіше три) сценарії можливого розвитку ситуації, які умовно називають «песимістичний», «оптимістичний» і «найбільш ймовірний», котрий знаходиться між двома першими. Кожний з них базується на відповідних припущеннях про майбутні зміни в політичній, економічній, демографічній та інших сферах життя суспільства з наступною оцінкою впливу цих змін на злочинність.

Очевидно, що на практиці дуже складно реалізувати наведений вище методологічний принцип визначення періоду упередження прогнозу, оскільки далеко не завжди можна визначити момент переходу системи в якісно новий стан, особливо в соціальній сфері. Тому для соціально-економічних прогнозів згідно з характером і темпами розвитку явищ, які прогнозуються, доцільно прийняти ось такий приблизний часовий масштаб для періодів упередження:

• 1) короткостроковий прогноз (до одного року);
• 2) середньостроковий прогноз (від одного до п’яти років);
• 3) довгостроковий прогноз (від п’яти до п’ятнадцяти років). З періодом упередження певною мірою пов’язаний і поділ прогнозів на якісні та кількісні. У першому випадку прогнози розробляються у вигляді якісних оцінок розвитку об'єкта: загального опису тенденцій та очікуваного характеру змін, а в самому простому випадку — ствердження про можливість або неможливість настання подій, що прогнозуються, (наприклад, «можливе зростання злочинності», або «може настати стабілізація певних видів злочинів», або «можна очікувати зниження темпів зростання аварійності» і т. ін.).

Кількісні прогнози являють собою числові значення прогнозованих показників (наприклад, «кількість крадіжок перевищить мільйон») або кількісні оцінки достовірності досягнення цих значень. На практиці, як правило, прогнозуються одночасно і якісні і кількісні характеристики об'єкта. Співвідношення цих сторін у прогнозі залежить від специфіки самого об'єкта прогнозу, цілей прогнозування, періоду упередження та ін.

Наприклад, з точки зору останнього критерію достатньо поширеною є така структура прогнозної інформації: оперативні прогнози є кількісними, короткострокові - переважно кількісними, середньострокові - кількісно-якісними і довгострокові - в основному якісними. Крім того, оскільки в перехідні періоди точність і вірогідність прогнозів, насамперед кількісних, різко знижується, в такі періоди підвищується роль якісних прогнозів.

Існують ще й інші критерії класифікації прогнозів (наприклад, характер джерела інформації, масштабність прогнозу та деякі інші).