forecast - auto arima python

auto.arima() equivalente para python

Question

Estoy tratando de predecir las ventas semanales usando los modelos ARMA ARIMA. No pude encontrar una función para ajustar el orden (p, d, q) en statsmodels . Actualmente, R tiene una función auto.arima() que sintonizará los parámetros (p, d, q).

¿Cómo hago para elegir el orden correcto para mi modelo? ¿Hay bibliotecas disponibles en python para este propósito?

Answer 1

A partir de ahora, podemos usar directamente el paquete pyramid-arima de pypi

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

Answer 2

Ahora hay un paquete Python adecuado para hacer auto-arima. https://github.com/tgsmith61591/pyramid

Ejemplo de uso: https://github.com/tgsmith61591/pyramid/blob/master/examples/quick_start_example.ipynb

Answer 3

Escribí estas funciones de utilidad para calcular directamente los valores pdq. Get_PDQ_parallel requiere tres datos de entrada que son series con marca de tiempo (fecha y hora) como índice. n_jobs proporcionará número de procesador paralelo. la salida será un marco de datos con valores aic y bic con orden = (P, D, Q) en el índice p y el rango q es [0,12] mientras que d es [0,1]

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'']) 

Answer 4

Puede implementar una serie de enfoques:

1. ARIMAResults incluyen ARIMAResults y bic . Por su definición, (ver here y here ), estos criterios penalizan la cantidad de parámetros en el modelo. Así que puedes usar estos números para comparar los modelos. También scipy tiene optimise.brute que hace la búsqueda de cuadrícula en el espacio de parámetros especificado. Así que un flujo de trabajo como este debería funcionar:

   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)

   Asegúrate de llamar a brute con finish=None .

2. Puedes obtener pvalues de ARIMAResults . Por lo tanto, es fácil implementar una especie de algoritmo paso a paso en el que el grado del modelo aumenta en la dimensión que obtiene el valor p más bajo para el parámetro agregado.

3. Utilice ARIMAResults.predict para validar modelos alternativos. El mejor enfoque sería mantener la cola de la serie de tiempo (por ejemplo, el 5% más reciente de los datos) fuera de la muestra, y usar estos puntos para obtener el error de prueba de los modelos ajustados.

Answer 5

actualmente

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)

Answer 6

solución posible

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

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

Consulte también https://github.com/decisionstats/pythonfordatascience/blob/master/time%2Bseries%20(1).ipynb

Answer 7

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)

Esto le dará los valores p, d, q, luego use los valores para su modelo ARIMA