第100+7步 ChatGPT文献复现：ARIMA-GRNN预测出血热

作者：我家小花儿 | 2024-05-19 00:26:11

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基于WIN10的64位系统演示

一、写在前面

这一次，我们来解读ARIMA-GRNN组合模型文章，也是老文章了：

《PLoS One》杂志的2015年一篇题目为《Comparison of Two Hybrid Models for Forecasting the Incidence of Hemorrhagic Fever with Renal Syndrome in Jiangsu Province, China》文章的公开数据做案例。

这文章做的是用：使用两种ARIMA组合模型预测江苏省出血热发病率。

文章是用单纯的ARIMA模型作为对照，对比了两种组合模型：ARIMA-GRNN模型和ARIMA-NARNN模型。本次，我们来重现一下ARIMA-GRNN模型。

二、闲聊和复现：

（1）单纯ARIMA模型构建

第一段很简单地把构建最优ARIMA模型的整个流程说了下来：

还是老套路：

① 2004-2011年的数据用于建模，来个折线图看看趋势：

很明显，有季节性，所以文章做了1次季节性拆分和1次一般拆分（这个一般拆分也不是太必要，从图来看没有明显上升或者下降趋势，可能是不做通不过ADF检验吧），图1可以这么做：

② 至于ADF检验，那就得转到Eviews了：

通过ADF检验，数据平稳，文章用R做的吧，具体数值不太一样。

③ 开始找最优的ARIMA模型：

凑出了表1和表2，最终选择模型就是ARIMA (0,1,1)×(0,1,1)12。

④ 使用最优模型预测2012年的发病率：

得手动输入下要预测的月份，然后软件才能进行预测：

算一下单纯ARIMA的拟合误差分别是：MAE=0.0093，MAPE=0.4790；预测误差分别是：MAE=0.0091，MAPE=0.5636。

（2）ARIMA-GRNN组合模型

首先，得看看组合的策略，见文章描述（翻译）：

GRNN模型是基于非线性回归理论的平滑函数的通用逼近器。GRNN模型由Speckt设计，有四层：输入层、模式层、求和层和输出层。GRNN的网络架构之前已经提及。在建立ARIMA模型之后，我们可以获得HFRS的估计月发病率。由于ARIMA模型已用于分析实际数据的线性部分，残差应包含非线性关系。为了在GRNN模型中包含更多有效和有用的信息，特别是当存在强烈的季节性趋势时，使用时间值作为GRNN的一个输入是必要的。在这项研究中，ARIMA的估计月发病率值和相应的时间值被用作GRNN模型的两个输入，而实际月发病率值被用作GRNN模型的输出。然后我们可以通过这种混合模型捕获非线性成分。GRNN的性能主要取决于光滑因子。选择最优光滑因子需要一定量的试验。光滑因子的选择采用了Specht提出的方法。我们在建模数据集中随机选取两个样本作为测试样本；其他样本被用来拟合GRNN模型。

不知道大家看懂了没：

简单来说就是，首先使用2004-01到2011-12的数据构建并找出最优模型ARIMA (0,1,1)×(0,1,1)12，并使用模型进行拟合（2004-01至2011-12）和预测（2012-01至2012-12）；然后从2004-01到2011-12这些时间点中，随机抽取2个时间点的模型拟合值，比如说是2004-05和2009-03；把2004-05和2009-03的模型拟合值作为输入，丢进GRNN，同时告诉GRNN，2004-05和2009-03的拟合值对应的真实值是什么；通过这种方式训练GRNN模型，本质上是寻找GRNN的唯一参数，叫做光滑因子；找到了这个最优的GRNN模型（或者说确定了最优的光滑因子），再把之前ARIMA拟合和预测的所有数值，放进最优GRNN模型，输出的就是ARIMA-GRNN组合模型的结果。

至于为什么是随机抽取2个数值，咱也不懂，文献说的。待会操作过程中会发现其中的弊端。

软件使用的是Matlab，这里我就用我自己DIY的小程序（传送门）：

① SPSS拿到拟合值与预测值：