Введение
Вероятностное прогнозирование суммирует известные сведения или мнения о будущих событиях. В отличие от однозначных прогнозов (например, прогноза максимальной температуры в определенном месте в определенный день – 23 градуса Цельсия, или прогноза нулевой ничьей в футбольном матче), вероятностные прогнозы присваивают вероятность каждому из множества возможных исходов, а полный набор вероятностей представляет собой вероятностный прогноз. Таким образом, вероятностное прогнозирование является разновидностью вероятностной классификации. Прогнозирование погоды – это сервис, в рамках которого прогнозы вероятности иногда публикуются для широкой публики, хотя они также могут использоваться метеорологами как основа для более простых прогнозов. Например, метеорологи могут комбинировать свой опыт с вероятностными прогнозами, генерируемыми компьютерами, чтобы составить прогноз типа "ожидаются сильные дожди". Спортивные ставки – еще одна область применения, где вероятностное прогнозирование может быть полезно. Коэффициенты, публикуемые перед скачками, можно рассматривать как отражение мнения игроков о наиболее вероятном исходе, хотя к этому следует относиться с осторожностью, учитывая прибыль букмекеров. В спортивных ставках прогнозы вероятности могут не публиковаться напрямую, но могут лежать в основе деятельности букмекеров при определении коэффициентов выплат и т.п.
Прогноз погоды
Вероятностное прогнозирование используется в прогнозировании погоды различными способами. Один из самых простых – публикация прогнозов об осадках в виде вероятности выпадения осадков.
Ансамбли
Информация о вероятности обычно получается путем проведения нескольких численных расчетов модели с незначительно различающимися начальными условиями. Этот метод обычно называют ансамблевым прогнозированием с использованием системы ансамблевого прогнозирования (EPS). EPS не формирует полное распределение вероятностей прогноза по всем возможным событиям, и для этого можно использовать исключительно статистические или гибридные статистические/численные методы. Например, температура может принимать теоретически бесконечное количество возможных значений (событий); статистический метод создаст распределение, присваивающее значение вероятности каждой возможной температуре. Крайне высокие или низкие температуры тогда будут иметь значения вероятности, близкие к нулю. Если бы можно было запустить модель для каждого возможного набора начальных условий, каждое из которых имело бы соответствующую вероятность, то, в зависимости от того, сколько членов (т.е. отдельных расчетов модели) ансамбля предсказывают определенное событие, можно было бы вычислить фактическую условную вероятность этого события. На практике прогнозисты пытаются определить небольшое количество возмущений (обычно около 20), которые, по их мнению, с наибольшей вероятностью приведут к различным погодным сценариям. Два распространенных метода для этого – размножающие векторы (BV) и сингулярные векторы (SV). Этот метод не гарантирует получение ансамблевого распределения, идентичного фактическому распределению прогноза, но получение такой вероятностной информации является одной из целей при выборе начальных возмущений. Другие варианты систем ансамблевого прогнозирования, не имеющие прямой вероятностной интерпретации, включают в себя те, которые объединяют прогнозы, полученные различными системами численного прогноза погоды.
Примеры
Канада была одной из первых стран, начавших транслировать вероятностные прогнозы, указывая вероятность осадков в процентах. В качестве примера полностью вероятностных прогнозов, недавно были разработаны прогнозы распределения количества осадков, основанные исключительно на статистических методах, чья эффективность сопоставима с гибридными прогнозами, сочетающими EPS и статистические методы для суточного количества осадков. Вероятностное прогнозирование также применяется в сочетании с нейронными сетями для генерации энергии. Это достигается за счет улучшения прогнозирования погоды с использованием вероятностных интервалов, позволяющих учитывать неопределенности в прогнозах ветра и солнечной активности, в отличие от традиционных методов, таких как точечный прогноз.
Экономические прогнозы
Макроэкономическое прогнозирование – это процесс предсказания состояния экономики по ключевым показателям, таким как ВВП и инфляция, среди прочих, и обычно представляется в виде точечных прогнозов. Одна из проблем точечных прогнозов заключается в том, что они не отражают неопределенность прогнозов, и именно здесь может быть полезно вероятностное прогнозирование. Большинство прогнозистов приписывают вероятности ряду альтернативных исходов или сценариев, отличных от их центральных прогнозов. Эти вероятности дают более широкую оценку риска, связанного с центральными прогнозами, и зависят от неожиданных или резких изменений ключевых переменных. Яркими примерами вероятностного прогнозирования являются опросы, в которых прогнозистов просят, помимо центральных прогнозов, предоставить оценки вероятности в заданном диапазоне. Монетарный орган Сингапура (MAS) – одна из таких организаций, публикующих вероятностные прогнозы в своем ежеквартальном опросе профессиональных прогнозистов MAS. Другой пример – компания Consensus Economics, макроэкономическая фирма, которая ежегодно в январе публикует специальный опрос о вероятности прогнозов в своих изданиях Consensus Forecasts, Asia Pacific Consensus Forecasts и Eastern Europe Consensus Forecasts. Помимо фирм, проводящих опросы, вероятностное прогнозирование также является предметом академических исследований. Это было рассмотрено в исследовательской работе 2000 года Энтони Гарратта, Кевина Ли, М. Хашема Песарана и Йончхола Шин под названием «Неопределенность прогнозов в макроэкономическом моделировании: применение к экономике Великобритании». MAS опубликовала статью на эту тему в своем макроэкономическом обзоре в октябре 2015 года под названием «Краткий обзор прогнозирования плотности в макроэкономике».
Энергетическое прогнозирование
Вероятностные прогнозы до сих пор не исследовались достаточно широко в контексте энергетического прогнозирования. Однако ситуация меняется. Если Глобальный конкурс прогнозирования энергетики (GEFCom) в 2012 году был посвящен точечному прогнозированию нагрузки и выработки ветровой энергии, то в 2014 году его целью стало вероятностное прогнозирование нагрузки, выработки ветровой и солнечной энергии, а также цен на электроэнергию. Две команды, показавшие лучшие результаты в треке по ценам GEFCom2014, использовали варианты квантильного регрессионного усреднения (QRA) – новой методики, которая заключается в применении квантильной регрессии к точечным прогнозам небольшого числа отдельных моделей прогнозирования или экспертов, что позволяет использовать существующие наработки в области точечного прогнозирования. Lumina Decision Systems разработала пример вероятностного прогноза потребления энергии на ближайшие 25 лет, используя ежегодный прогноз энергетики Министерства энергетики США (AEO) 2010 года.
Прогноз численности населения
Вероятностные прогнозы также применялись в сфере демографического прогнозирования.
Оценка
Оценка вероятностных прогнозов сложнее, чем оценка детерминированных прогнозов. Если используется ансамблевый подход, то отдельные члены ансамбля сначала необходимо объединить и представить в виде распределения вероятностей. Существуют вероятностные (корректные) критерии оценки, такие как непрерывный ранговый показатель вероятности, для оценки вероятностных прогнозов. Одним из примеров такого критерия является оценка Бриера.