基于灰色關(guān)聯(lián)度組合模型的能源消費(fèi)預(yù)測研究

郭婧英

(天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部， 天津 300072)

?

基于灰色關(guān)聯(lián)度組合模型的能源消費(fèi)預(yù)測研究

郭婧英

(天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部， 天津 300072)

為了準(zhǔn)確預(yù)測未來幾年我國能源消費(fèi)總量，基于灰色關(guān)聯(lián)度建立了我國能源消費(fèi)組合預(yù)測模型，并與傳統(tǒng)GM(1,1)模型進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：組合模型能有效降低平均相對誤差，提高預(yù)測精度，非常適用于我國能源消費(fèi)預(yù)測。

灰色關(guān)聯(lián)度；組合模型；能源消費(fèi)；預(yù)測

能源是人類活動的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要影響因素，直接關(guān)系著一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)始終保持著高速發(fā)展態(tài)勢，能源消費(fèi)總量不斷增加，供求矛盾日益突出?！笆濉睍r(shí)期是全面建設(shè)小康社會的關(guān)鍵時(shí)期，也是進(jìn)一步推動能源革命和生態(tài)文明的加速時(shí)期，制定科學(xué)合理的能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃對我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展有著非常重要的指導(dǎo)意義，而能源消費(fèi)總量預(yù)測則是能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的重要組成部分。根據(jù)“十三五”規(guī)劃，我國能源發(fā)展目標(biāo)是到2020年能源消費(fèi)總量控制在50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以內(nèi)，能源自給率保持在80%以上，合理調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。因此，建立科學(xué)合理的能源消費(fèi)預(yù)測模型，準(zhǔn)確預(yù)測未來幾年我國能源消費(fèi)總量，不但可以為我國制定能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃提供理論依據(jù)，更對保持我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)平穩(wěn)健康發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于能源消費(fèi)預(yù)測提出了很多模型，最常見的主要有以下幾種：彈性系數(shù)法、投入產(chǎn)出法、線性回歸模型、ARIMA模型以及灰色GM(1,1)模型。其中，灰色GM(1,1)模型可以利用較少的已知信息模擬包含不確定性信息的灰色系統(tǒng)，預(yù)測精度較高，深受國內(nèi)外學(xué)者歡迎。但是，傳統(tǒng)GM(1,1)模型也存在一些不足，在一定程度上限制了灰色預(yù)測理論的適用范圍。本文在傳統(tǒng)GM(1,1)模型的基礎(chǔ)上，建立若干等維新信息GM(1,1)模型，并借助等維新信息GM(1,1)模型構(gòu)建基于灰色關(guān)聯(lián)度的組合模型，對我國能源消費(fèi)總量進(jìn)行預(yù)測分析，以求在一定程度上提高預(yù)測精度，改善灰色預(yù)測模型的適用性。

1 基于灰色關(guān)聯(lián)度的組合預(yù)測模型

1.1 傳統(tǒng)GM(1,1)模型

灰色GM(1,1)模型可以利用較少的已知信息模擬包含不確定性信息的灰色系統(tǒng)，通過對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行1-AGO生成一次累加序列，建立累加序列的灰色微分方程，根據(jù)灰色微分方程的解進(jìn)行累減逆運(yùn)算，即可得到灰色GM(1,1)模型的解。傳統(tǒng)灰色GM(1,1)模型的基本原理如下：

1.2 等維新信息灰色GM(1,1)模型

對于一個(gè)隨時(shí)間變化的灰色系統(tǒng)而言，隨著時(shí)間的變化，灰色系統(tǒng)將會不斷受到擾動因素的影響，灰色GM(1,1)模型模擬值的偏差也會越來越大。而在日常生活中，我們又需要進(jìn)行中長期預(yù)測，為了提高灰色GM(1,1)模型的精度，可以利用較少的已知數(shù)據(jù)建立GM(1,1)模型預(yù)測未來一個(gè)數(shù)據(jù)，然后將該預(yù)測數(shù)據(jù)添加到已知數(shù)據(jù)序列中，同時(shí)刪除一個(gè)最老的數(shù)據(jù)，這樣便保持了新數(shù)據(jù)序列與原數(shù)據(jù)序列等維度，在此基礎(chǔ)上建立的模型成為等維新信息灰色GM(1,1)模型。等維新信息灰色GM(1,1)模型的基本原理如下：

以此類推，就得到了n-m個(gè)等維新信息灰色GM(1,1)模型，為建立灰色組合預(yù)測模型打下基礎(chǔ)。

1.3 灰色組合預(yù)測模型

一般情況下，取ρ=0.5，那么X1和X2的灰色關(guān)聯(lián)度為：

對于隨時(shí)間變化的灰色系統(tǒng)，可以建立若干不同的灰色GM(1,1)模型，通過將這些灰色預(yù)測模型按照一定的權(quán)重進(jìn)行組合，就能在一定條件下有效提高模型的預(yù)測精度，降低模型預(yù)測誤差。

首先，將等維新信息GM(1,1)模型預(yù)測值與實(shí)際值進(jìn)行對比分析，計(jì)算兩者的灰色關(guān)聯(lián)度ri，并進(jìn)行無量綱化處理：

ξi=1-

然后，計(jì)算灰色組合預(yù)測模型的權(quán)重系數(shù)

wi∶wi=

1.4 基于灰色組合模型的能源消費(fèi)預(yù)測

本文基于灰色關(guān)聯(lián)度組合模型，研究我國能源消費(fèi)水平預(yù)測問題，為了考察灰色組合模型的預(yù)測精度，選取2006—2015年我國能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，分別建立傳統(tǒng)GM(1,1)模型和灰色組合模型，對2006—2015年我國能源消費(fèi)水平進(jìn)行擬合，并比較分析兩個(gè)模型的平均相對誤差。

灰色組合模型的基本思路是：建立若干不同的灰色GM(1,1)模型，通過將這些灰色預(yù)測模型按照一定的權(quán)重進(jìn)行組合，從而達(dá)到提高預(yù)測精度的目的。本文以等維新信息灰色GM(1,1)模型為基礎(chǔ)建立灰色組合模型。首先，建立等維新信息灰色GM(1,1)模型，不失一般性，這里取m=9，這樣可以利用原始數(shù)據(jù)序列中前9個(gè)原始數(shù)據(jù)和后9個(gè)原始數(shù)據(jù)建立GM(1,1)模型。然后，根據(jù)這兩組等維新信息灰色GM(1,1)建立灰色組合模型：

k=1,2,…,n

w1+w2=1w1+w2=1

利用matlab等數(shù)學(xué)工具求解以上灰色GM(1,1)模型，根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度可以計(jì)算出w1=0.380 2，w2=0.619 8。我國能源消費(fèi)預(yù)測如表1所示。

表1 我國能源消費(fèi)預(yù)測 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤

數(shù)據(jù)來源：2016年國家統(tǒng)計(jì)年鑒

通過表1可以看出：傳統(tǒng)灰色GM(1,1)模型和灰色組合模型的擬合平均相對誤差分別為1.82%和1.34%，除了2013年和2014年的預(yù)測相對誤差外，其余各年預(yù)測相對誤差均有所改善，有效提高了模型的預(yù)測精度。

因此，基于灰色關(guān)聯(lián)度的組合模型有效提高了灰色GM(1,1)的預(yù)測精度，擴(kuò)大了灰色GM(1,1)模型適用范圍，科學(xué)合理，方便快捷，非常適用于我國能源消費(fèi)預(yù)測。

2 結(jié)束語

根據(jù)“十三五”規(guī)劃，我國能源發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)是到2020年能源消費(fèi)總量控制在50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以內(nèi)，能源自給率保持在80%以上，合理調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。為了完成“十三五”規(guī)劃能源發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，有必要準(zhǔn)確預(yù)測未來幾年我國能源消費(fèi)總量。本文建立基于灰色關(guān)聯(lián)度的組合模型，對2006—2015年我國能源消費(fèi)總量進(jìn)行預(yù)測，并與傳統(tǒng)灰色GM(1,1)模型進(jìn)行對比。結(jié)果表明：傳統(tǒng)灰色GM(1,1)模型和灰色組合模型的擬合平均相對誤差分別為1.82%和1.34%，組合模型有效降低了平均相對誤差，提高了預(yù)測精度，擴(kuò)大了灰色GM(1,1)模型適用范圍，非常適用于我國能源消費(fèi)預(yù)測。

[1] 陳洪濤,周德群.基于GM(1,1)模型的中國能源消費(fèi)預(yù)測研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2007,27(3):77-79.

[2] 徐步然.灰色GM(1,1)模型在能源消費(fèi)預(yù)測中的應(yīng)用[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2014(9):130-133.

[3] 衛(wèi)太祥,馬光文.基于改進(jìn)背景值構(gòu)造方法的GM(1,1)能源消費(fèi)預(yù)測模型[J].水電能源科學(xué),2011(6):190-192.

[4] 姜洪殿,董康銀,孫仁金,等.中國新能源消費(fèi)預(yù)測及對策研究[J].可再生能源,2016,34(8):1196-1202.

[5] 彭懷午,劉方銳,楊曉峰.基于組合預(yù)測方法的風(fēng)電場短期風(fēng)速預(yù)測[J].太陽能學(xué)報(bào),2011,32(4):543-547.

[6] 王豐效,張凌霜.基于蟻群算法的灰色組合預(yù)測模型[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識,2009,39(14):104-108.

[7] 曾波,劉思峰,方志耕,等.灰色組合預(yù)測模型及其應(yīng)用[J].中國管理科學(xué),2009,17(5):150-155.

[8] 王豐效.基于相對誤差極小化的灰色組合預(yù)測模型[J].湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,18(3):15-17.

[9] 王寧.灰色組合預(yù)測模型研究[D].南京：南京航空航天大學(xué),2009.

[10]肖潔,羅軍剛,解建倉,等.變權(quán)組合預(yù)測模型在洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,41(2):215-221.

[11]劉中俠,蔣詩泉.基于灰色GM(1,1)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合預(yù)測模型及應(yīng)用[J].銅陵學(xué)院學(xué)報(bào),2016,15(3):102-104.

(責(zé)任編輯 何杰玲)

Research on Energy Consumption Prediction Based on Grey Combination Model

GUO Jing-ying

(School of Management and Economics, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

In order to accurately predict total energy consumption in next few years, the grey combination model based on grey relational analysis is established. Compared with traditional GM (1, 1) model, it shows that the combination model can effectively reduce the average relative error and improve the forecasting accuracy, and is very suitable for energy consumption prediction.

grey relational analysis；combination model；energy consumption；prediction

2017-02-25

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71202085)

郭婧英(1987—)，女，浙江東陽人，碩士研究生，主要從事灰色理論、組合模型方面研究，E-mail: 1473146147@qq.com。

郭婧英.基于灰色關(guān)聯(lián)度組合模型的能源消費(fèi)預(yù)測研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(6):95-98.

format：GUO Jing-ying.Research on Energy Consumption Prediction Based on Grey Combination Model[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(6):95-98.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.06.014

O212

A

1674-8425(2017)06-0095-04