如下:请根据这些数据,按照以下步骤进行灰色马尔科夫链模型和加权灰色马尔科夫链模型的分析,用详细代码给出分析过程,代码一定要可以顺利运行!并尽可能给出相应的图形展示: 1. 对数据进行预处理,主要包括数据清洗、平滑处理和数据标准化等,以便于后续的模型分析和预测。 2. 对数据进行灰色马尔科夫链建模,得到预测值,计算模型参数。 3. 对模型预测的结果进行检验 ,包括残差检查 、关联度检验和后验差检验。 4. 根据模型的预测结果划分系统状态,检验所得序列是否具有马氏性。 5. 计算灰色马尔可夫链的状态转移概率矩阵。 6. 对马尔科夫链模型进行预测,得到未来的状态概率分布和预测值。 8. 用加权灰色马尔科夫链模型进行建模,包括对权重的选择和调整。 9. 计算加权灰色马尔可夫链的状态转移概率矩阵,对加权灰色马尔科夫链模型进行预测,得到未来的预测值。 8. 可视化以上所有的预测结果。 data close 2023-1-3 216.47 2023-1-4 213.34 2023-1-5 226.39 2023-1-6 231.48 2023-1-9 231.44 2023-1-10 240 2023-1-11 237.7 2023-1-12 240.83 2023-1-13 244.17 2023-1-16 248.13 2023-1-17 247.56 2023-1-18 249.17 2023-1-19 248.21 2023-1-20 251.11 2023-1-30 261.47 2023-1-31 258.44 2023-2-1 264.89 2023-2-2 258.94 2023-2-3 253.44 2023-2-6 250.33 2023-2-7 248.94 2023-2-8 248.45

时间: 2023-07-15 17:13:02 浏览: 62
首先,我们先导入需要的库和数据,并进行数据清洗和平滑处理。此处我们采用了简单指数平滑法进行平滑处理。 ```python import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 导入数据 data = pd.read_csv('data.csv', index_col=0) # 数据清洗 data.dropna(inplace=True) # 简单指数平滑法平滑处理 alpha = 0.8 data['close'] = data['close'].ewm(alpha=alpha).mean() # 数据标准化 data = (data - data.mean()) / data.std() # 绘制数据图 plt.plot(data) plt.show() ``` 接下来,我们对数据进行灰色马尔可夫链建模,并计算模型参数。 ```python # 灰色马尔可夫链建模 def GM11(x0): x1 = np.cumsum(x0) z1 = (x1[:-1] + x1[1:]) / 2.0 B = np.append(-z1.reshape(-1, 1), np.ones_like(z1).reshape(-1, 1), axis=1) Y = x0[1:].reshape(-1, 1) [[a], [b]] = np.dot(np.dot(np.linalg.inv(np.dot(B.T, B)), B.T), Y) X = np.zeros_like(x0) X[0] = x0[0] for i in range(1, len(x0)): X[i] = (x0[0] - b/a) * np.exp(-a*(i-1)) - (x0[0] - b/a) * np.exp(-a*i) return X # 计算模型参数 X0 = data['close'].values X1 = np.array([GM11(X0[i:i+5]) for i in range(len(X0)-4)]) P = np.zeros((len(X1), len(X1))) for i in range(len(X1)): for j in range(len(X1)): if i >= j: P[i][j] = np.sum(X1[i] == X1[j]) / len(X1[i]) ``` 接下来,我们对模型预测的结果进行检验,包括残差检查、关联度检验和后验差检验。 ```python # 残差检查 e = np.abs(X0[4:] - X1[:, 4]) plt.plot(e) plt.show() # 关联度检验 r = np.corrcoef(data['close'].values[4:], X1[:, 4])[0][1] print('关联度:', r) # 后验差检验 delta = np.abs(X0[4:] - np.dot(P, X0[:-4])) C = delta.std() / X0.std() P_value = 1.0 - 2.0 / (len(X0) - 1) if C < 0.35 and P_value > 0.05: print('后验差比值:{:.2f},P值:{:.2f},模型精度等级:好'.format(C, P_value)) elif C < 0.5 and P_value > 0.05: print('后验差比值:{:.2f},P值:{:.2f},模型精度等级:合格'.format(C, P_value)) else: print('后验差比值:{:.2f},P值:{:.2f},模型精度等级:不合格'.format(C, P_value)) ``` 接下来,我们根据模型的预测结果划分系统状态,并检验所得序列是否具有马氏性。 ```python # 划分系统状态 s = np.zeros(len(X0)) s[0] = 1 for i in range(1, len(X0)): if X0[i] > X1[:, i-1].max(): s[i] = np.argmin(X1[:, i-1]) + 2 else: s[i] = np.argmin(X1[:, i-1]) + 1 # 检验序列是否具有马氏性 N = 3 T = len(X0) F = np.zeros((N, N)) for i in range(1, T): F[int(s[i-1]-1)][int(s[i]-1)] += 1 for i in range(N): if sum(F[i]) != 0: F[i] /= sum(F[i]) print('状态转移概率矩阵:\n', F) ``` 接下来,我们对灰色马尔科夫链模型进行预测,得到未来的状态概率分布和预测值。 ```python # 预测未来的状态概率分布 T0 = len(X0) future_n = 5 future_s = np.zeros((future_n, T0+future_n)) future_s[:, 0] = [i+1 for i in range(future_n)] for i in range(future_n): for j in range(T0, T0+i): future_s[i][j+1-T0] = np.argmin(X1[:, j-1]) + 1 for i in range(T0+1, T0+future_n): F[int(future_s[:, i-T0-1]-1)][int(future_s[:, i-T0]-1)] += 1 for i in range(N): if sum(F[i]) != 0: F[i] /= sum(F[i]) print('未来5天的状态概率分布:\n', F) # 预测未来的值 future_X = np.zeros(future_n) for i in range(future_n): if future_s[i][-1] == 1: future_X[i] = X1[:, -1].min() else: future_X[i] = X1[:, -1][future_s[i][-1]-2] future_X = future_X * data['close'].std() + data['close'].mean() print('未来5天的预测值:\n', future_X) ``` 接下来,我们用加权灰色马尔可夫链模型进行建模,并计算加权灰色马尔可夫链的状态转移概率矩阵,对加权灰色马尔科夫链模型进行预测,得到未来的预测值。 ```python # 加权灰色马尔可夫链建模 def WGM11(x0, weight): x1 = np.cumsum(x0) z1 = (x1[:-1] + x1[1:]) / 2.0 B = np.append(-(z1*weight).reshape(-1, 1), weight.reshape(-1, 1), axis=1) Y = x0[1:].reshape(-1, 1) [[a], [b]] = np.dot(np.dot(np.linalg.inv(np.dot(B.T, B)), B.T), Y) X = np.zeros_like(x0) X[0] = x0[0] for i in range(1, len(x0)): X[i] = (x0[0] - b/a) * np.exp(-a*(i-1)) - (x0[0] - b/a) * np.exp(-a*i) return X # 计算加权灰色马尔可夫链的状态转移概率矩阵 X0 = data['close'].values T = len(X0) N = 3 W = np.zeros((N, T)) W[:, 0] = [1, 0, 0] for i in range(1, T): if X0[i] > X1[:, i-1].max(): s = np.argmin(X1[:, i-1]) for j in range(N): if j == s: W[j][i] = 0.5 else: W[j][i] = 0.25 else: s = np.argmin(X1[:, i-1]) for j in range(N): if j == s: W[j][i] = 0.75 else: W[j][i] = 0.125 P = np.zeros((N, N)) for i in range(N): for j in range(N): P[i][j] = np.sum(W[i][1:] * (s[1:] == j+1)) / np.sum(W[i][1:]) print('加权灰色马尔可夫链的状态转移概率矩阵:\n', P) # 预测未来的状态概率分布 future_n = 5 future_W = np.zeros((N, T+future_n)) future_W[:, 0] = [1, 0, 0] for i in range(1, T+future_n): if i <= T: if X0[i] > X1[:, i-1].max(): s = np.argmin(X1[:, i-1]) for j in range(N): if j == s: future_W[j][i] = 0.5 else: future_W[j][i] = 0.25 else: s = np.argmin(X1[:, i-1]) for j in range(N): if j == s: future_W[j][i] = 0.75 else: future_W[j][i] = 0.125 else: for j in range(N): future_W[j][i] = np.sum(future_W[:, i-T-1] * P[:, j]) print('未来5天的状态概率分布:\n', future_W[:, -future_n:]) # 预测未来的值 future_X = np.zeros(future_n) for i in range(future_n): if future_W[:, -1][0] > future_W[:, -1][1]: future_X[i] = X1[0, -1] else: future_X[i] = X1[1, -1] future_X = future_X * data['close'].std() + data['close'].mean() print('未来5天的预测值:\n', future_X) ``` 最后,我们可视化以上所有的预测结果。 ```python # 可视化预测结果 plt.plot(np.arange(len(X0)), X0, label='real') plt.plot(np.arange(len(X0)-4)+4, X1[-1], label='predict') plt.plot(np.arange(len(X0), len(X0)+future_n), future_X, label='future') plt.legend() plt.show() ```

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