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Beispiel zur Modellierung mit Abbildungen

Gegeben sei eine Zeitreihe von N=8 Meßdaten:

Um die Anschaulichkeit zu erhöhen, stelle man sich vor, es handle sich um Monatsanfangskurse einer Aktie. Die Daten könnten genausogut aufeinanderfolgende Punkte eines Poincaré-Schnitts oder irgendwelche anderen Daten sein, deren Dynamik modelliert werden soll.

Wir nehmen nun an, daß der nächste Wert der Reihe wenigstens näherungsweise aus dem vorhergehenden durch eine Funktion bestimmt ist: . Um die Funktion zu ermitteln tragen wir zunächst die Daten in ein Diagramm ein (linkes Bild in Abb. gif).

  
Figure: links: Next-x-Abbildung der Beispiel-Zeitreihe. rechts: Derselbe Plot, aber zusätzlich mit der an die Punkte optimal angepaßten quadratischen Parabel

Offensichtlich liegen die Punkte nicht auf einer Geraden. Die nächsteinfache Kurve ist eine quadratische Parabel , deren Parameter a,b,c wir nun so bestimmen wollen, daß die mittlere quadratische Abweichung Q der mit dieser Funktion vorhergesagten Werte von den tatsächlich eingetretenen minimal wird:

Die Summe ergibt in unserem Beispiel:

Q hängt offensichtlich jetzt nur noch von den drei Modellparametern a,b,c ab, die dadurch zu bestimmen sind, daß man die Stelle des Minimums von Q sucht. Im vorliegenden Fall kann man dies durch Lösen des Gleichungssystems bewerkstelligen und erhält:
, ,

Damit könnte man den nächsten Wert der Zeitreihe vorhersagen:

Mit diesen einfachen Methoden kann man noch nichts über Vertrauensintervalle für die Modellparameter oder die Vorhersagen aussagen. Dazu bräuchte man eine nichtlineare Regressionsanalyse. Damit könnte auch geklärt werden, ob es sinnvoll ist, statt der quadratischen Parabel eine kubische oder eine mit noch höheren Termen anzusetzen.



Werner Eberl
Sat Apr 15 13:17:50 MET DST 1995