基于改進(jìn)灰色GM(1,1)模型的GDP預(yù)測(cè)實(shí)證

田梓辰，劉 淼

（伊犁師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，新疆 伊寧 835000）

GDP預(yù)測(cè)的方法有很多，GM（1,1）預(yù)測(cè)模型[1]就是其中最常見的一種。經(jīng)典的GM（1,1）預(yù)測(cè)公式是在數(shù)據(jù)較少、信息缺失的條件下利用相關(guān)數(shù)據(jù)生成規(guī)律預(yù)測(cè)事物的未來發(fā)展趨勢(shì)[2]。但是，它也存在局限性[3]，本文利用改進(jìn)的拉格朗日插值方法，通過對(duì)GM（1,1）模型的背景值進(jìn)行重構(gòu)，來消除傳統(tǒng)拉格朗日插值帶來的龍格現(xiàn)象[4]，進(jìn)而達(dá)到對(duì)新疆GDP的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。

1 理論依據(jù)

1.1 傳統(tǒng)灰色預(yù)測(cè)GM（1,1）模型[5]

其中：

還原值為：

其中 k=1，2，…，n-1。

傳統(tǒng)模型中利用緊鄰均值構(gòu)造背景值（即z(1)(k+采用直邊梯形面積S(k·x(1)(k)·x(1)(k +1)·(k +1))代替指數(shù)曲線x(1)(t)為曲邊的梯形面積，如圖1所示，該方法具有一定的缺陷，隨著指數(shù)的增加，數(shù)據(jù)序列的變化加劇，預(yù)測(cè)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大的偏差（出現(xiàn)ΔS）[2]。在一定程度上影響了模型的適用性。

圖1 灰色預(yù)測(cè)GM（1,1）模型預(yù)測(cè)偏差示意圖

1.2 插值模型的構(gòu)造

為了克服傳統(tǒng)灰色預(yù)測(cè)模型的不足，本文采用插值優(yōu)化法構(gòu)造全新的背景值[6-9]，利用數(shù)值逼近思想，結(jié)合插值算法解決這個(gè)問題，達(dá)到降低偏差、提高預(yù)測(cè)精度的目的。

具體步驟如下：

即：

也就是：

由背景值：

下面對(duì)背景值z(mì)(1)(k +1)作數(shù)值處理。

1.2.1 拉格朗日插值

算法步驟如下：

（1）以k，k+1，k+2三個(gè)點(diǎn)作為插值節(jié)點(diǎn)，則 x(1)(t)的拉格朗日插值多項(xiàng)式pk(t)為：

（2）由辛普森公式得新的背景值：

上式采用的拉格朗日插值得到的GM（1,1）模型的新背景值，將新的背景值帶入經(jīng)典GM(1,1)模型中即可得到改進(jìn)的預(yù)測(cè)模型。

1.2.2 組合拉格朗日插值

由于朗格朗日插值會(huì)出現(xiàn)龍格現(xiàn)象使預(yù)測(cè)出現(xiàn)偏差，為避免龍格現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)朗格朗日插值進(jìn)行改進(jìn)，具體步驟如下：

（1）對(duì) 區(qū) 間 [k ， k+1]三 等 分 ，得 節(jié) 點(diǎn)

則此時(shí)：

由上式可得：

（3）求區(qū)間[k ， k+1]上的分段插值函數(shù)：

將（2）的結(jié)論帶入上式得到優(yōu)化的背景值：

上式采用的拉格朗日插值得到的GM（1,1）模型的新背景值，將新的背景值帶入經(jīng)典GM(1,1)模型中即可得到改進(jìn)的預(yù)測(cè)模型。

2 應(yīng)用

以新疆2006—2015年GDP歷史數(shù)據(jù)作為建模數(shù)據(jù)，用2006—2013年新疆GDP水平做出預(yù)測(cè)模型，檢驗(yàn)2014年、2015年新疆GDP水平，從而預(yù)測(cè)未來三年新疆GDP水平。采用上文所提出的組合插值模型與傳統(tǒng)GM（1,1）模型、拉格朗日插值模型進(jìn)行預(yù)測(cè)比較，模型計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 2006—2013年新疆GDP原始數(shù)據(jù) （單位：億元）

從表2可以看出，采用本文中提出的改進(jìn)拉格朗日插值優(yōu)化背景值的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，其平均相對(duì)誤差為8.40%，預(yù)測(cè)精度比傳統(tǒng)GM（1,1）與拉格朗日插值方法有所提高，證明了背景值的重構(gòu)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的精度，同時(shí)也表明了本文提出方法的精確性與有效性。用上文方法，預(yù)測(cè)了未來三年新疆GDP，如下頁表3所示。

表2 2014年、2015年新疆GDP預(yù)測(cè)結(jié)果

表3 新疆GDP預(yù)測(cè)

基于表2，可以看出GM（1,1）預(yù)測(cè)的結(jié)果誤差較大，改進(jìn)的拉格朗日插值預(yù)測(cè)方法誤差有所降低，因此這一方法可以有效地預(yù)測(cè)新疆未來三年的GDP情況。

從表1可以看出，近十年來新疆GDP呈上升趨勢(shì)，從2006年的3045.26億元到2015年的9324.80億元，增長(zhǎng)幅度達(dá)到了三倍多，這一點(diǎn)與新疆的經(jīng)濟(jì)發(fā)展相符合。根據(jù)預(yù)測(cè)的新疆GDP結(jié)果可以看出，到2017年，新疆GDP將突破1萬億元，到2018年將達(dá)到13056.02億元，新疆可以根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果做出充分的經(jīng)濟(jì)決策。

3 結(jié)束語

本文通過構(gòu)建改進(jìn)的拉格朗日插值灰色預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)新疆2016—2018年GDP，經(jīng)過與其他兩種預(yù)測(cè)模型比較，可以看出本模型精度較高，能反應(yīng)實(shí)際發(fā)展趨勢(shì)。本文的研究對(duì)新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測(cè)有一定的參考價(jià)值，有助于政府部門針對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果做出合理的經(jīng)濟(jì)決策。

灰色預(yù)測(cè)模型在適用條件上適合指數(shù)分布數(shù)據(jù)，本文給出的方法是在經(jīng)典GM(1,1)灰色預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了背景值的重構(gòu)，在使用條件上依然遵循GM(1,1)模型規(guī)律，也就是說該模型對(duì)服從指數(shù)分布的數(shù)據(jù)具有較高的精確預(yù)測(cè)。

在數(shù)據(jù)處理的過程中，對(duì)于短周期內(nèi)變化較小的數(shù)據(jù)，經(jīng)典的GM(1,1)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)結(jié)果要比改進(jìn)的拉格朗日插值預(yù)測(cè)效果明顯，所以針對(duì)不同的數(shù)據(jù)，要合理地選取預(yù)測(cè)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.