In a first-of-its-kind study, this paper proposes the formulation of constructing prediction intervals (PIs) in a time series as a bi-objective optimization problem and solves it with the help of Nondominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II). We also proposed modeling the chaos present in the time series as a preprocessor in order to model the deterministic uncertainty present in the time series. Even though the proposed models are general in purpose, they are used here for quantifying the uncertainty in macroeconomic time series forecasting. Ideal PIs should be as narrow as possible while capturing most of the data points. Based on these two objectives, we formulated a bi-objective optimization problem to generate PIs in 2-stages, wherein reconstructing the phase space using Chaos theory (stage-1) is followed by generating optimal point prediction using NSGA-II and these point predictions are in turn used to obtain PIs (stage-2). We also proposed a 3-stage hybrid, wherein the 3rd stage invokes NSGA-II too in order to solve the problem of constructing PIs from the point prediction obtained in 2nd stage. The proposed models when applied to the macroeconomic time series, yielded better results in terms of both prediction interval coverage probability (PICP) and prediction interval average width (PIAW) compared to the state-of-the-art Lower Upper Bound Estimation Method (LUBE) with Gradient Descent (GD). The 3-stage model yielded better PICP compared to the 2-stage model but showed similar performance in PIAW with added computation cost of running NSGA-II second time.


翻译:在第一次同类研究中,本文件提议在时间序列中将预测间隔(PIS)作为双目标优化问题,作为双目标优化问题构建一个时间序列中的预测间隔(PIS),并在不以人为主的分拣遗传算法(NSGA-II)的帮助下加以解决。我们还提议将时间序列中的混乱建为模型,作为预处理器,以模拟时间序列中存在的确定不确定性。即使拟议的模型是一般性的,但在这里用于量化宏观经济时间序列预测中的不确定性。理想周期(PIS)应尽量缩小范围,同时捕捉大多数数据点。根据这两个目标,我们制定了双目标优化问题,在两个阶段生成PIS(NSGA-II), 利用Chaos 理论(阶段-1)重建阶段的混乱状态空间,然后利用NSGAII 和这些点预测来生成最佳点预测值(阶段-2)。我们还建议采用一个阶段模型3阶段混合,其中增加NSGAGA-II, 以便解决将PI的模型从点预测从第二个阶段得出大多数的数据点预测,同时将PI的计算出更好的预估测为B阶段。

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