Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng mô hình ANFIS vào bài toán dự báo trên dữ liệu chuỗi thời gian

• Tác giả: Hoàng Thăng Long
• Người hướng dẫn: TS. Đàng Tráng Háp
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Ngành Hệ Thống Thông Tin
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình ANFIS Trong Dự Báo Chuỗi Thời Gian
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LOGIC MỜ VÀ MẠNG NƠ- RON NHÂN TẠO
• 1.1. TỔNG QUAN LOGIC MỜ
• 1.1.1. Tập mờ (Ying, 2000)
• 1.1.2. Các phép toán trên tập mờ (Ying, 2000)
• 1.1.3. Logic mờ (Jang, 1997)
• 1.1.4. Kiến trúc của hệ mờ
• 1.1.5. Các khái niệm cơ bản
• 1.1.6. Ứng dụng của Logic mờ
• 1.2. TỔNG QUAN MẠNG NƠ- RON NHÂN TẠO
• 2. CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN ANFIS VÀ BÀI TOÁN DỰ BÁO DỮ LIỆU CHUỖI THỜI GIAN
• 2.1. THUẬT TOÁN ANFIS
• 2.1.1. Giới thiệu sơ lược và mô hình nơron - mờ (Jang, 1993)
• 2.1.2. Luật mờ if-then và hàm suy diễn mờ (Jang, 1993)
• 2.1.3. Mạng thích nghi
• 2.1.4. Cấu trúc của ANFIS (Jang, 1993)
• 2.1.5. Thuật toán huấn luyện hàm ANFIS
• 2.1.6. Ứng dụng của thuật toán ANFIS
• 2.2. DỮ LIỆU CHUỖI THỜI GIAN
• 2.2.1. Giới thiệu dữ liệu chuỗi thời gian
• 2.2.2. Một số phương pháp dự báo chuỗi thời gian đơn giản
• 2.3. ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN ANFIS VÀO BÀI TOÁN DỰ BÁO DỮ LIỆU CHUỖI THỜI GIAN
• 2.3.1. Mô tả bài toán (El-Shafie, A.)
• 2.3.2. Xây dựng mô hình (Bằng, 2018)
• 2.3.2.1. Lựa chọn biến đầu vào
• 2.3.2.2. Cấu trúc mô hình dự báo
• 2.3.3. Thu thập dữ liệu
• 2.3.4. Chỉ số đánh giá
• 2.3.5. Kết quả thí nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về mô hình ANFIS

Mô hình ANFIS (Adaptive-Network-based Fuzzy Inference System) là một phương pháp mạnh mẽ trong việc dự báo chuỗi thời gian. ANFIS kết hợp giữa lý thuyết tập mờ và mạng nơron, giúp tối ưu hóa khả năng dự đoán thông qua việc học từ dữ liệu. Mô hình này có khả năng xử lý các biến đầu vào không chắc chắn, đồng thời cung cấp các kết quả đầu ra chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống. Theo Jang (1993), ANFIS sử dụng các quy tắc if-then để xây dựng mô hình mờ, cho phép nó học hỏi từ dữ liệu và tự động điều chỉnh các tham số để cải thiện độ chính xác của dự đoán. Điều này đặc biệt hữu ích trong các lĩnh vực như tài chính, khí tượng và sản xuất, nơi mà việc dự đoán chính xác là cực kỳ quan trọng.

1.1. Cấu trúc của mô hình ANFIS

Cấu trúc của ANFIS bao gồm ba thành phần chính: lớp đầu vào, lớp ẩn và lớp đầu ra. Lớp đầu vào nhận dữ liệu từ môi trường, lớp ẩn thực hiện các phép toán mờ và lớp đầu ra cung cấp kết quả dự đoán. Các quy tắc mờ được áp dụng để xử lý thông tin từ lớp đầu vào, cho phép mô hình phản ánh các mối quan hệ phức tạp giữa các biến. ANFIS cũng sử dụng thuật toán huấn luyện để tối ưu hóa các trọng số trong mạng, từ đó cải thiện khả năng dự đoán. Điều này giúp ANFIS trở thành một công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích và dự đoán chuỗi thời gian.

II. Ứng dụng của ANFIS trong dự báo chuỗi thời gian

ANFIS đã được áp dụng rộng rãi trong việc dự báo chuỗi thời gian, từ dự báo thời tiết đến dự báo tài chính. Việc sử dụng ANFIS cho phép các nhà nghiên cứu và chuyên gia có thể khai thác dữ liệu một cách hiệu quả hơn. Theo nghiên cứu của El-Shafie (2021), ANFIS có thể đạt được độ chính xác cao trong việc dự báo giá cả hàng hóa và xu hướng thị trường. Khả năng của ANFIS trong việc xử lý các biến đầu vào không chắc chắn và mờ giúp cho nó trở thành một công cụ lý tưởng để dự đoán các hiện tượng phức tạp. Thực tế, ANFIS đã được chứng minh là có khả năng vượt trội hơn so với các phương pháp truyền thống như hồi quy tuyến tính và mạng nơron đơn giản trong nhiều bài toán dự báo.

2.1. Dự báo thời tiết

Một trong những ứng dụng nổi bật của ANFIS là trong lĩnh vực dự báo thời tiết. Việc dự đoán chính xác các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa là rất quan trọng đối với nhiều ngành, từ nông nghiệp đến du lịch. ANFIS có khả năng tích hợp nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, từ dữ liệu lịch sử đến các chỉ số thời tiết hiện tại, để tạo ra các mô hình dự đoán chính xác. Nghiên cứu cho thấy rằng ANFIS có thể cải thiện đáng kể độ chính xác của các dự báo thời tiết so với các phương pháp truyền thống.

III. Phân tích và đánh giá hiệu quả của ANFIS

Phân tích hiệu quả của ANFIS trong dự báo chuỗi thời gian cho thấy rằng mô hình này không chỉ mang lại độ chính xác cao mà còn có khả năng học hỏi từ dữ liệu mới. Việc áp dụng ANFIS giúp giảm thiểu sai số trong dự đoán, từ đó nâng cao hiệu quả trong các quyết định quản lý và kinh doanh. Theo nghiên cứu của Bằng (2018), ANFIS đã cho thấy khả năng tối ưu hóa các tham số mô hình, giúp cải thiện đáng kể kết quả dự báo. Thêm vào đó, ANFIS cũng có thể dễ dàng điều chỉnh và mở rộng để phù hợp với các bài toán khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng trong thực tiễn.

3.1. Đánh giá độ chính xác

Đánh giá độ chính xác của ANFIS thường được thực hiện thông qua các chỉ số như RMSE (Root Mean Square Error) và CORR (Correlation Coefficient). Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ANFIS có thể đạt được các chỉ số này tốt hơn so với nhiều phương pháp khác. Sự kết hợp giữa khả năng học hỏi và xử lý thông tin không chắc chắn giúp ANFIS trở thành một lựa chọn ưu việt trong việc dự đoán chuỗi thời gian. Việc sử dụng ANFIS không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn tiết kiệm thời gian và nguồn lực trong quá trình phân tích dữ liệu.