파이썬에 상응하는 auto.arima ()

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파이썬에 상응하는 auto.arima ()

programtip 2020. 11. 28. 10:18

파이썬에 상응하는 auto.arima ()

~~ARMA~~ ARIMA 모델을 사용하여 주간 매출을 예측하려고합니다 . 에서 order (p, d, q)를 조정하는 기능을 찾을 수 없습니다 statsmodels. 현재 R에는 forecast::auto.arima()(p, d, q) 매개 변수를 조정 하는 기능 이 있습니다.

내 모델에 적합한 주문을 선택하려면 어떻게해야합니까? 이 목적으로 파이썬에서 사용할 수있는 라이브러리가 있습니까?

다양한 접근 방식을 구현할 수 있습니다.

ARIMAResults포함 aic및 bic. 정의에 따라 ( 여기 및 여기 참조 ) 이러한 기준은 모델의 매개 변수 수에 불이익을줍니다. 따라서이 숫자를 사용하여 모델을 비교할 수 있습니다. 또한 scipy는 optimize.brute지정된 매개 변수 공간에서 그리드 검색을 수행합니다. 따라서 다음과 같은 워크 플로가 작동합니다.
```
def objfunc(order, exog, endog):
    from statsmodels.tsa.arima_model import ARIMA
    fit = ARIMA(endog, order, exog).fit()
    return fit.aic()

from scipy.optimize import brute
grid = (slice(1, 3, 1), slice(1, 3, 1), slice(1, 3, 1))
brute(objfunc, grid, args=(exog, endog), finish=None)
```
당신이 전화 확인 brute과 함께 finish=None.
pvalues에서 얻을 수 있습니다 ARIMAResults. 따라서 추가 된 매개 변수에 대해 가장 낮은 p- 값을 얻는 차원에 걸쳐 모델의 정도가 증가하는 경우 일종의 단계별 알고리즘을 쉽게 구현할 수 있습니다.
ARIMAResults.predict대체 모델을 교차 검증하는 데 사용 합니다. 가장 좋은 방법은 시계열의 꼬리 (예 : 데이터의 가장 최근 5 %)를 표본에서 제외하고이 점을 사용 하여 적합 된 모델 의 검정 오류 를 얻는 것 입니다.

이제 auto-arima를 수행하기위한 적절한 파이썬 패키지가 있습니다. https://github.com/tgsmith61591/pmdarima

문서 : http://alkaline-ml.com/pmdarima

사용 예 : https://github.com/tgsmith61591/pmdarima/blob/master/examples/quick_start_example.ipynb

내가 직접 계산 PDQ의 값이 유틸리티 함수를 썼다 get_PDQ_parallel 인덱스와 타임 스탬프 (날짜)와 시리즈 3 개 개의 입력 데이터를 필요로한다. n_jobs는 병렬 프로세서의 수를 제공합니다. 출력은 인덱스 p에서 order = (P, D, Q)이고 q 범위는 [0,12]이고 d는 [0,1] 인 aic 및 bic 값을 가진 데이터 프레임입니다.

import statsmodels 
from statsmodels import api as sm
from sklearn.metrics import r2_score,mean_squared_error
from sklearn.utils import check_array
from functools import partial
from multiprocessing import Pool
def get_aic_bic(order,series):
    aic=np.nan
    bic=np.nan
    #print(series.shape,order)
    try:
        arima_mod=statsmodels.tsa.arima_model.ARIMA(series,order=order,freq='H').fit(transparams=True,method='css')
        aic=arima_mod.aic
        bic=arima_mod.bic
        print(order,aic,bic)
    except:
        pass
    return aic,bic

def get_PDQ_parallel(data,n_jobs=7):
    p_val=13
    q_val=13
    d_vals=2
    pdq_vals=[ (p,d,q) for p in range(p_val) for d in range(d_vals) for q in range(q_val)]
    get_aic_bic_partial=partial(get_aic_bic,series=data)
    p = Pool(n_jobs)
    res=p.map(get_aic_bic_partial, pdq_vals)  
    p.close()
    return pd.DataFrame(res,index=pdq_vals,columns=['aic','bic'])

가능한 해결책

df=pd.read_csv("http://vincentarelbundock.github.io/Rdatasets/csv/datasets/AirPassengers.csv")

# Define the p, d and q parameters to take any value between 0 and 2
p = d = q = range(0, 2)
print(p)


import itertools
import warnings

# Generate all different combinations of p, q and q triplets
pdq = list(itertools.product(p, d, q))
print(pdq)

# Generate all different combinations of seasonal p, q and q triplets
seasonal_pdq = [(x[0], x[1], x[2], 12) for x in list(itertools.product(p, d, q))]

print('Examples of parameter combinations for Seasonal ARIMA...')
print('SARIMAX: {} x {}'.format(pdq[1], seasonal_pdq[1]))
print('SARIMAX: {} x {}'.format(pdq[1], seasonal_pdq[2]))
print('SARIMAX: {} x {}'.format(pdq[2], seasonal_pdq[3]))
print('SARIMAX: {} x {}'.format(pdq[2], seasonal_pdq[4]))
Examples of parameter combinations for Seasonal ARIMA...
SARIMAX: (0, 0, 1) x (0, 0, 1, 12)
SARIMAX: (0, 0, 1) x (0, 1, 0, 12)
SARIMAX: (0, 1, 0) x (0, 1, 1, 12)
SARIMAX: (0, 1, 0) x (1, 0, 0, 12)

y=df

#warnings.filterwarnings("ignore") # specify to ignore warning messages

for param in pdq:
    for param_seasonal in seasonal_pdq:
        try:
            mod = sm.tsa.statespace.SARIMAX(y,
                                            order=param,
                                            seasonal_order=param_seasonal,
                                            enforce_stationarity=False,
                                            enforce_invertibility=False)

            results = mod.fit()

            print('ARIMA{}x{}12 - AIC:{}'.format(param, param_seasonal, results.aic))
        except:
            continue
ARIMA(0, 0, 0)x(0, 0, 1, 12)12 - AIC:3618.0303991426763
ARIMA(0, 0, 0)x(0, 1, 1, 12)12 - AIC:2824.7439963684233
ARIMA(0, 0, 0)x(1, 0, 0, 12)12 - AIC:2942.2733127230185
ARIMA(0, 0, 0)x(1, 0, 1, 12)12 - AIC:2922.178151133141
ARIMA(0, 0, 0)x(1, 1, 0, 12)12 - AIC:2767.105066400224
ARIMA(0, 0, 0)x(1, 1, 1, 12)12 - AIC:2691.233398643673
ARIMA(0, 0, 1)x(0, 0, 0, 12)12 - AIC:3890.816777796087
ARIMA(0, 0, 1)x(0, 0, 1, 12)12 - AIC:3541.1171286722
ARIMA(0, 0, 1)x(0, 1, 0, 12)12 - AIC:3028.8377323188824
ARIMA(0, 0, 1)x(0, 1, 1, 12)12 - AIC:2746.77973129136
ARIMA(0, 0, 1)x(1, 0, 0, 12)12 - AIC:3583.523640623017
ARIMA(0, 0, 1)x(1, 0, 1, 12)12 - AIC:3531.2937768990187
ARIMA(0, 0, 1)x(1, 1, 0, 12)12 - AIC:2781.198675746594
ARIMA(0, 0, 1)x(1, 1, 1, 12)12 - AIC:2720.7023088205974
ARIMA(0, 1, 0)x(0, 0, 1, 12)12 - AIC:3029.089945668332
ARIMA(0, 1, 0)x(0, 1, 1, 12)12 - AIC:2568.2832251221016
ARIMA(0, 1, 0)x(1, 0, 0, 12)12 - AIC:2841.315781459511
ARIMA(0, 1, 0)x(1, 0, 1, 12)12 - AIC:2815.4011044132576
ARIMA(0, 1, 0)x(1, 1, 0, 12)12 - AIC:2588.533386513587
ARIMA(0, 1, 0)x(1, 1, 1, 12)12 - AIC:2569.9453272483315
ARIMA(0, 1, 1)x(0, 0, 0, 12)12 - AIC:3327.5177587522303
ARIMA(0, 1, 1)x(0, 0, 1, 12)12 - AIC:2984.716706112334
ARIMA(0, 1, 1)x(0, 1, 0, 12)12 - AIC:2789.128542154043
ARIMA(0, 1, 1)x(0, 1, 1, 12)12 - AIC:2537.0293659293943
ARIMA(0, 1, 1)x(1, 0, 0, 12)12 - AIC:2984.4555708516436
ARIMA(0, 1, 1)x(1, 0, 1, 12)12 - AIC:2939.460958374472
ARIMA(0, 1, 1)x(1, 1, 0, 12)12 - AIC:2578.7862352774437
ARIMA(0, 1, 1)x(1, 1, 1, 12)12 - AIC:2537.771484229265
ARIMA(1, 0, 0)x(0, 0, 0, 12)12 - AIC:3391.5248913820797
ARIMA(1, 0, 0)x(0, 0, 1, 12)12 - AIC:3038.142074281268
C:\Users\Dell\Anaconda3\lib\site-packages\statsmodels\base\model.py:496: ConvergenceWarning: Maximum Likelihood optimization failed to converge. Check mle_retvals
  "Check mle_retvals", ConvergenceWarning)
ARIMA(1, 0, 0)x(0, 1, 0, 12)12 - AIC:2839.809192263449
ARIMA(1, 0, 0)x(0, 1, 1, 12)12 - AIC:2588.50367175184
ARIMA(1, 0, 0)x(1, 0, 0, 12)12 - AIC:2993.4630440139595
ARIMA(1, 0, 0)x(1, 0, 1, 12)12 - AIC:2995.049216326931
ARIMA(1, 0, 0)x(1, 1, 0, 12)12 - AIC:2588.2463284315304
ARIMA(1, 0, 0)x(1, 1, 1, 12)12 - AIC:2592.80110502723
ARIMA(1, 0, 1)x(0, 0, 0, 12)12 - AIC:3352.0350133621478
ARIMA(1, 0, 1)x(0, 0, 1, 12)12 - AIC:3006.5493366627807
ARIMA(1, 0, 1)x(0, 1, 0, 12)12 - AIC:2810.6423724894516
ARIMA(1, 0, 1)x(0, 1, 1, 12)12 - AIC:2559.584031948852
ARIMA(1, 0, 1)x(1, 0, 0, 12)12 - AIC:2981.2250436794675
ARIMA(1, 0, 1)x(1, 0, 1, 12)12 - AIC:2959.3142304724834
ARIMA(1, 0, 1)x(1, 1, 0, 12)12 - AIC:2579.8245645892207
ARIMA(1, 0, 1)x(1, 1, 1, 12)12 - AIC:2563.13922589258
ARIMA(1, 1, 0)x(0, 0, 0, 12)12 - AIC:3354.7462930846423
ARIMA(1, 1, 0)x(0, 0, 1, 12)12 - AIC:3006.702997636003
ARIMA(1, 1, 0)x(0, 1, 0, 12)12 - AIC:2809.3844175191666
ARIMA(1, 1, 0)x(0, 1, 1, 12)12 - AIC:2558.484602766447
ARIMA(1, 1, 0)x(1, 0, 0, 12)12 - AIC:2959.885810636943
ARIMA(1, 1, 0)x(1, 0, 1, 12)12 - AIC:2960.712709764296
ARIMA(1, 1, 0)x(1, 1, 0, 12)12 - AIC:2557.945907092698
ARIMA(1, 1, 0)x(1, 1, 1, 12)12 - AIC:2559.274166458508
ARIMA(1, 1, 1)x(0, 0, 0, 12)12 - AIC:3326.3285511700374
ARIMA(1, 1, 1)x(0, 0, 1, 12)12 - AIC:2985.868532151721
ARIMA(1, 1, 1)x(0, 1, 0, 12)12 - AIC:2790.7677149967103
ARIMA(1, 1, 1)x(0, 1, 1, 12)12 - AIC:2538.820635541546
ARIMA(1, 1, 1)x(1, 0, 0, 12)12 - AIC:2963.2789505804294
ARIMA(1, 1, 1)x(1, 0, 1, 12)12 - AIC:2941.2436984747465
ARIMA(1, 1, 1)x(1, 1, 0, 12)12 - AIC:2559.8258191422606
ARIMA(1, 1, 1)x(1, 1, 1, 12)12 - AIC:2539.712354465328

에서 https://www.digitalocean.com/community/tutorials/a-guide-to-time-series-forecasting-with-arima-in-python-3

https://github.com/decisionstats/pythonfordatascience/blob/master/time%2Bseries%20(1).ipynb 도 참조 하십시오.

def evaluate_arima_model(X, arima_order):
    # prepare training dataset
    train_size = int(len(X) * 0.90)
    train, test = X[0:train_size], X[train_size:]
    history = [x for x in train]
    # make predictions
    predictions = list()
    for t in range(len(test)):
        model = ARIMA(history, order=arima_order)
        model_fit = model.fit(disp=0)
        yhat = model_fit.forecast()[0]
        predictions.append(yhat)
        history.append(test[t])
    # calculate out of sample error
    error = mean_squared_error(test, predictions)
    return error

# evaluate combinations of p, d and q values for an ARIMA model
def evaluate_models(dataset, p_values, d_values, q_values):
    dataset = dataset.astype('float32')
    best_score, best_cfg = float("inf"), None
    for p in p_values:
        for d in d_values:
            for q in q_values:
                order = (p,d,q)
                try:
                    mse = evaluate_arima_model(dataset, order)
                    if mse < best_score:
                        best_score, best_cfg = mse, order
                    print('ARIMA%s MSE=%.3f' % (order,mse))
                except:
                    continue
    print('Best ARIMA%s MSE=%.3f' % (best_cfg, best_score))

# load dataset
def parser(x):
    return datetime.strptime('190'+x, '%Y-%m')



import datetime
p_values = [4,5,6,7,8]
d_values = [0,1,2]
q_values = [2,3,4,5,6]
warnings.filterwarnings("ignore")
evaluate_models(train, p_values, d_values, q_values)

이것은 p, d, q 값을 제공 한 다음 ARIMA 모델에 대한 값을 사용합니다.

현재로서는 pypi에서 직접 피라미드-아리마 패키지를 사용할 수 있습니다.

https://pypi.org/project/pyramid-arima/ 확인

In conda, use conda install -c saravji pmdarima to install.

The user saravji has put it in anaconda cloud.

then to use,

from pmdarima.arima import auto_arima

(Note that the name pyramid-arima is changed to pmdarima).

actually

def objfunc(order,*params ):    
    from statsmodels.tsa.arima_model import ARIMA   
    p,d,q = order   
    fit = ARIMA(endog, order, exog).fit()  
    return fit.aic()    
from scipy.optimize import brute
grid = (slice(1, 3, 1), slice(1, 3, 1), slice(1, 3, 1))
brute(objfunc, grid, args=params, finish=None)

참고URL : https://stackoverflow.com/questions/22770352/auto-arima-equivalent-for-python

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