Optimización matemática del rendimiento de un modelo de forecasting con suavizamiento exponencial simple

Para citar o enlazar este item, por favor use el siguiente identificador: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/26116
Título : Optimización matemática del rendimiento de un modelo de forecasting con suavizamiento exponencial simple
Autor : Vallejo Huanga, Diego Fernando
Director de Tesis: Proaño Orellana, Julio Ricardo
Resumen traducido: In time series forecasting, the simple exponential smoothing technique allows one to forecast the next state based on past data. This model automatically assigns a weight to each instance with an exponential function, using a smoothing coefficient α, in the domain of ℝ∈[0,1]. Assigning an appropriate value of α is not a trivial task as a transfinite defines it, and generically, a coefficient is empirically selected to find a balance between computational complexity and model error. This scientific research develops a mathematical optimization process to improve the performance of a forecasting model in time series with simple exponential smoothing using traditional optimization techniques and models derived from Artificial Intelligence. Five optimization techniques and two trained machine learning algorithms were used to find an optimized α. The results were analyzed with twenty datasets of different natures and sizes, where the model error was analyzed using four metrics that were minimized. For each optimization technique, the convergence time of the algorithm was analyzed, to analyze the feasibility of implementation in a production environment. Regarding running time, the computational cost is 0.01 seconds for machine learning algorithms on datasets of any size. In contrast, a traditional optimization algorithm converged in less than a second, even for datasets from more than 100,000 instances.
Resumen : En forecasting para series de tiempo, la técnica de suavizamiento exponencial simple, permite pronosticar un estado siguiente en función de los datos pasados. Este modelo asigna automáticamente una ponderación a cada una de las instancias con una función exponencial, mediante un coeficiente de suavizamiento α, que se encuentra en el dominio de ℝ∈[0,1]. La asignación de un valor adecuado de α, no es una tarea trivial al estar definido por un transfinito y, de forma genérica, se selecciona empíricamente un coeficiente que permita encontrar un balance entre complejidad computacional y error del modelo. Esta investigación científica desarrolla un proceso de optimización matemática para mejorar el rendimiento de un modelo de forecasting en series de tiempo con suavizamiento exponencial simple, utilizando técnicas de optimización tradicionales y modelos derivados del campo de la Inteligencia Artificial. Se utilizaron cinco técnicas de optimización y dos algoritmos de machine learning entrenados para poder encontrar un α optimizado. Los resultados fueron analizados con veinte conjuntos de datos, de diferente naturaleza y tamaño, donde se analizó el error del modelo mediante cuatro métricas que fueron minimizadas. Para cada técnica de optimización se analizó el tiempo de convergencia del algoritmo, con el objetivo de analizar la viabilidad de implementación en un entorno de producción. El coste computacional, en términos de tiempo de ejecución, es de 0.01 segundos para los algoritmos de aprendizaje automático en datasets de cualquier tamaño, mientras que un de algoritmo de optimización tradicional convergió en menos de un segundo, incluso para conjuntos de datos de más de 100 000 instancias.
Palabras clave : MÉTODOS MATEMÁTICOS Y SIMULACIÓN NUMÉRICA
RENDIMIENTO COMPUTACIONAL
EVALUACIÓN DE ERRORES
OPTIMIZACIÓN MATEMÁTICA
Fecha de publicación : 2023
URI : http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/26116
Idioma: spa
Pertenece a las colecciones: Posgrado

Ficheros en este ítem:
Fichero Descripción Tamaño Formato  
MSQ682.pdfTexto completo2,29 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Este ítem está sujeto a una licencia Creative Commons Licencia Creative Commons Creative Commons