基于指數(shù)平滑模型的我國(guó)天然氣消費(fèi)量預(yù)測(cè)

[摘 要]指數(shù)平滑法是眾多預(yù)測(cè)模型中比較方便、快捷的方法之一。本文以我國(guó)天然氣消費(fèi)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合我國(guó)天然氣市場(chǎng)的實(shí)際情況，建立我國(guó)天然氣消費(fèi)量的二次指數(shù)平滑模型，并運(yùn)用該模型對(duì)2012年我國(guó)天然氣消費(fèi)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，指導(dǎo)我國(guó)天然氣供應(yīng)系統(tǒng)的建設(shè)和天然氣氣源儲(chǔ)備。

[關(guān)鍵詞]指數(shù)平滑 天然氣消費(fèi)量 預(yù)測(cè)

隨著中國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，天然氣的生產(chǎn)和消費(fèi)環(huán)節(jié)呈快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)天然氣消費(fèi)量由2002年的292億方增至2011年的1313億方，年均增長(zhǎng)85億方，年均增長(zhǎng)率為16%，天然氣消費(fèi)在我國(guó)一次能源消費(fèi)中所占比例由2002年的2.4%增長(zhǎng)到2011年的4.6%，且有快速增大的趨勢(shì)。因此，合理預(yù)測(cè)我國(guó)天然氣消費(fèi)量對(duì)于保證天然氣供應(yīng)、供氣基礎(chǔ)建設(shè)和工業(yè)發(fā)展的合理布局與調(diào)整具有重大的積極意義。

一、指數(shù)平滑模型基本原理

指數(shù)平滑模型是美國(guó)學(xué)者羅伯特.G.布朗于1959年提出的，是眾多預(yù)測(cè)方法中最為常見(jiàn)的。該模型簡(jiǎn)單明了，對(duì)所需數(shù)據(jù)要求不多，在天然氣預(yù)測(cè)領(lǐng)域得到了大范圍的應(yīng)用，并經(jīng)過(guò)相關(guān)改進(jìn)，，且對(duì)實(shí)際問(wèn)題變化反應(yīng)迅速，預(yù)測(cè)效果得到了很大的改善，相比其他方法較好。

1.指數(shù)平滑模型

對(duì)于時(shí)間序列比較穩(wěn)定的呈水平趨勢(shì)變化的數(shù)據(jù)，可采用一次指數(shù)平滑法，其基本思想是以第期的一次指數(shù)平滑值作為第期的預(yù)測(cè)值。

一次指數(shù)平滑的預(yù)測(cè)模型：

(1)

其中， ：第t+1期的預(yù)測(cè)值；y(t)：第t期的實(shí)際值； ：第t期的預(yù)測(cè)值；α：平滑系數(shù)， 。上式表明，第t+1期的預(yù)測(cè)值是第t期的實(shí)際值與第t期的預(yù)測(cè)值的加權(quán)平均。

在應(yīng)用指數(shù)平滑法進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，對(duì)于有明顯線性趨勢(shì)的時(shí)間序列，不宜用一次指數(shù)平滑法進(jìn)行預(yù)測(cè)。為減少誤差，使預(yù)測(cè)值更好地接近實(shí)際值，可采用二次指數(shù)平滑法預(yù)測(cè)模型。

二次指數(shù)平滑的計(jì)算公式為：

(2)

其中，at=2St(1)-St(2)，at為平滑系數(shù)； ，bt為平滑系數(shù)；St(1)=αyt+(1-α)S(1)t-1，St(1)為第t期的一次指數(shù)平滑值；St(2)=αS(1)t+(1-α)S(2)t-1，St(2)為第期二次指數(shù)平滑值。

2. 的取值及初始值的確定

加權(quán)系數(shù)α的取值體現(xiàn)了新觀察值與原平滑值之間的比例關(guān)系。根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)序列的特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)間序列波動(dòng)不大，長(zhǎng)期趨勢(shì)較穩(wěn)定時(shí)，α一般在0.05～0.2之間選取。當(dāng)時(shí)間序列波動(dòng)較大，具有迅速明顯的變動(dòng)傾向時(shí)，α一般在0.3～0.9之間選取。通常，要針對(duì)不同的數(shù)據(jù)序列，選取幾個(gè)不同的α值加以試算比較，求得使 最小的α。

對(duì)于初始值的確定，一般根據(jù)以下原則來(lái)確定：⑴若序列數(shù)較大，如T＞15時(shí)，用y1作為初始值就行了；⑵若序列數(shù)T＜15時(shí)可以選用最初三期的數(shù)據(jù)，用適當(dāng)方法求平均數(shù)作為初始值。

二、我國(guó)天然氣消費(fèi)量預(yù)測(cè)

1. 資料來(lái)源 國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)

表1 我國(guó)2002～2011年天然氣消費(fèi)量

圖1 我國(guó)2002年～2011年天然氣消費(fèi)量

由圖1可知，我國(guó)逐年的天然氣消費(fèi)量雖然并非嚴(yán)格線性關(guān)系，但可以認(rèn)為是近似線性關(guān)系，故可應(yīng)用二次指數(shù)平滑法來(lái)預(yù)測(cè)下一年的天然氣消費(fèi)量。

2.確定修正系數(shù)α值

修正系數(shù)α在指數(shù)平滑模型中有著非常重要的作用，它體現(xiàn)了在實(shí)際預(yù)測(cè)中各期數(shù)據(jù)的影響程度。在預(yù)測(cè)中，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值越接近，則預(yù)測(cè)效果越好。對(duì)α值的確定，在應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際情況選擇。

由表1，觀察序列｛292，339，397，468，561，705，813，895，

1090，1313｝，該序列具有明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì)，根據(jù)α的選取原則，α應(yīng)在0.3～0.9之間選取，即α=0.3，0.5，0.7，0.9。

其中初始值 為2002～2011年消費(fèi)量的平均數(shù)342.67，

由公式(2)求得，根據(jù)公式分別計(jì)算α=0.3，0.5，0.7，0.9時(shí)，S的值。由下面的表2經(jīng)過(guò)比較分析可知在α=0.9時(shí)，S的值最小，所以修正系數(shù)α=0.9。

表2 計(jì)算修正系數(shù)的取值

3. 二次指數(shù)平滑法預(yù)測(cè)天然氣消費(fèi)量

表3 我國(guó)天然氣消費(fèi)量預(yù)測(cè)

由公式（3）可知，應(yīng)用二次指數(shù)平滑法預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)與實(shí)際值進(jìn)行比較，誤差均在許可范圍內(nèi)，由此預(yù)測(cè)得到2012年的預(yù)測(cè)值。

當(dāng)T=1時(shí)，可計(jì)算出我國(guó)2012年天然氣消費(fèi)量為1527.13億方。

根據(jù)表3繪制出我國(guó)天然氣消費(fèi)量圖如下：

圖2 中國(guó)天然氣消費(fèi)量預(yù)測(cè)

三、結(jié)論

在本文中，采用二次指數(shù)平滑模型對(duì)我國(guó)天然氣消費(fèi)量未來(lái)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，可得出以下結(jié)論：⑴采用二次指數(shù)平滑模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，制約因素較少，而且計(jì)算簡(jiǎn)單；⑵采用二次指數(shù)平滑模型對(duì)某一事件進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，平滑系數(shù)的確定直接影響到預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；⑶指數(shù)平滑模型是以歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，預(yù)測(cè)的前提是過(guò)去存在的各種因素的影響和發(fā)展趨勢(shì)將在今后繼續(xù)下去，但社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的發(fā)展變化是復(fù)雜的，當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)保持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定后，出現(xiàn)突然上升或下降的趨勢(shì)時(shí)，指數(shù)平滑模型就難以適應(yīng)，故指數(shù)平滑模型應(yīng)用于中、短期預(yù)測(cè)誤差較小、效果較好；⑷采用二次指數(shù)平滑模型，可以為我們的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展提供有效可靠的依據(jù)。

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