Введение
Предсказание (лат. præ, "до", и dictum, "что-то сказано") или прогноз – это утверждение о будущем событии или о будущих данных. Предсказания часто, но не всегда, основываются на опыте или знаниях предсказателей. Не существует единого мнения относительно точной разницы между "предсказанием" и "оценкой"; различные авторы и области знаний придают этим понятиям разные оттенки значения. Будущие события по своей природе неопределенны, поэтому получение гарантированно точной информации о будущем невозможно. Предсказания могут быть полезны для планирования возможных сценариев развития.
A prediction (Latin præ , "before," and dictum, "something said") or forecast is a statement about a future event or about future data. Predictions are often, but not always, based upon experience or knowledge of forecasters. There is no universal agreement about the exact difference between "prediction" and "estimation"; different authors and disciplines ascribe different connotations. Future events are necessarily uncertain, so guaranteed accurate information about the future is impossible. Prediction can be useful to assist in making plans about possible developments.
Мнение
В не статистическом смысле термин "предсказание" часто используется для обозначения обоснованного предположения или мнения. Такое предсказание может быть основано на абдуктивном, индуктивном или дедуктивном рассуждении, а также на опыте предсказателя и может быть полезным, если предсказатель является компетентным специалистом в данной области. Метод Дельфи – это техника систематического получения подобных прогнозов, основанных на экспертных суждениях. Этот тип предсказания можно рассматривать как сопоставимый со статистическими методами в том смысле, что используемые "данные" – это, как минимум, когнитивный опыт эксперта-предсказателя, формирующий интуитивную "кривую вероятности".
Статистика
В статистике предсказание является частью статистического вывода. Один конкретный подход к такому выводу известен как предиктивный вывод, но предсказание может быть осуществлено в рамках любого из нескольких подходов к статистическому выводу. Фактически, одно из возможных описаний статистики заключается в том, что она предоставляет способ переноса знаний о выборке из генеральной совокупности на всю генеральную совокупность и на другие связанные с ней совокупности, что не обязательно тождественно предсказанию во времени. Когда информация переносится во времени, часто в конкретные моменты времени, этот процесс называется прогнозированием. Прогнозирование обычно требует методов анализа временных рядов, в то время как предсказание часто выполняется на данных, полученных в один момент времени (cross-sectional data). Статистические методы, используемые для предсказания, включают регрессию и ее различные подкатегории, такие как линейная регрессия, обобщенные линейные модели (логистическая регрессия, регрессия Пуассона, регрессия Пробита) и т.д. В случае прогнозирования могут использоваться модели авторегрессии и скользящего среднего, а также векторные авторегрессионные модели. Когда эти и/или связанные с ними обобщенные наборы регрессионных или методов машинного обучения применяются в коммерческих целях, эта область называется предиктивной аналитикой. Во многих приложениях, таких как анализ временных рядов, возможно оценить модели, которые генерируют наблюдения. Если модели могут быть выражены в виде передаточных функций или в терминах параметров пространства состояний, то можно вычислить сглаженные, отфильтрованные и предсказанные оценки данных. Если базовые генеративные модели линейны, то для восстановления интересующих данных из зашумленных измерений можно использовать фильтр Калмана минимальной дисперсии и сглаживатель минимальной дисперсии. Эти методы основаны на предсказателях на один шаг вперед (которые минимизируют дисперсию ошибки предсказания). Когда генеративные модели нелинейны, можно применять пошаговые линеаризации в рамках расширенного фильтра Калмана и рекурсий сглаживания. Однако в нелинейных случаях гарантии оптимальной минимальной дисперсии больше не действуют. Для использования регрессионного анализа для предсказания собираются данные о переменной, которую необходимо предсказать, называемой зависимой переменной или переменной отклика, и об одной или нескольких переменных, значения которых, как предполагается, на нее влияют, называемых независимыми переменными или объясняющими переменными. Предполагается функциональная форма, часто линейная, для постулируемой причинно-следственной связи, и параметры функции оцениваются на основе данных, то есть выбираются таким образом, чтобы оптимизировать соответствие функции, таким образом параметризованной, данным. Это этап оценки. Для этапа предсказания значения объясняющих переменных, которые считаются релевантными для будущих (или текущих, но еще не наблюдаемых) значений зависимой переменной, вводятся в параметризованную функцию для генерации предсказаний для зависимой переменной.
Наука
В науке предсказание – это строгое, часто количественное утверждение, прогнозирующее, что будет наблюдаться при определенных условиях; например, согласно теориям гравитации, если яблоко упадет с дерева, то оно будет двигаться к центру Земли с определенным и постоянным ускорением. Научный метод строится на проверке утверждений, являющихся логическими следствиями научных теорий. Это достигается посредством повторяемых экспериментов или наблюдательных исследований. Научная теория, предсказания которой противоречат наблюдениям и данным, будет отвергнута. Новые теории, порождающие множество новых предсказаний, легче подтвердить или опровергнуть (см. предсказательную силу). Положения, не дающие проверяемых предсказаний, обычно не считаются частью науки (протонаука или ненаука), пока не будут сформулированы проверяемые предсказания. Математические уравнения и модели, а также компьютерные модели, часто используются для описания прошлого и будущего поведения процесса в пределах данной модели. В некоторых случаях можно предсказать вероятность исхода, а не конкретный исход, например, в значительной части квантовой физики. В микропроцессорах предсказание переходов позволяет избежать опустошения конвейера при командах перехода. В инженерии возможные режимы отказа прогнозируются и предотвращаются путем устранения механизма отказа, вызывающего этот отказ. Точное предсказание и прогнозирование крайне затруднительно в некоторых областях, таких как стихийные бедствия, пандемии, демография, динамика популяций и метеорология. Например, можно предсказать возникновение солнечных циклов, но их точное время и амплитуда гораздо сложнее предсказать (см. изображение справа). В материаловедении также возможно предсказать срок службы материала с помощью математической модели. В медицине прогностические и предсказательные биомаркеры могут использоваться для прогнозирования исходов лечения у пациентов или вероятности клинического события.
Гипотеза
Устоявшаяся наука делает полезные предсказания, которые часто оказываются исключительно надежными и точными; например, затмения регулярно предсказываются. Новые теории выдвигают предсказания, позволяющие проверить их соответствие реальности и, в случае несоответствия, опровергнуть. Например, предсказание структуры кристаллов на атомном уровне является актуальной исследовательской задачей. В начале XX века в научном сообществе преобладало мнение о существовании абсолютной системы отсчета, которую назвали светоносным эфиром. Существование этой абсолютной системы считалось необходимым для обеспечения согласованности с общепринятой идеей о постоянстве скорости света. Знаменитый эксперимент Майкельсона — Морли показал, что предсказания, основанные на этой концепции, не подтвердились на практике, тем самым опровергнув теорию абсолютной системы отсчета. Специальная теория относительности была предложена Эйнштейном как объяснение кажущегося противоречия между постоянством скорости света и отсутствием какой-либо особой, выделенной или абсолютной системы отсчета. Теорию общей относительности Альберта Эйнштейна было непросто проверить, поскольку она не предсказывала эффектов, наблюдаемых в земных условиях. Однако, в качестве одного из первых тестов общей теории относительности, она предсказала, что массивные объекты, такие как звезды, будут отклонять лучи света, что противоречило общепринятым представлениям; это было подтверждено наблюдениями во время затмения 1919 года.
Финансы
Математические модели поведения фондового рынка (и экономического поведения в целом) также ненадежны в прогнозировании будущего поведения. Это связано, в частности, с тем, что экономические события могут длиться несколько лет, а мир меняется за сопоставимый период времени, что делает прошлые наблюдения неактуальными для настоящего. Таким образом, количество релевантных исторических данных, на основе которых можно строить прогнозы, крайне мало (порядка единицы). Кроме того, общепринято считать, что цены на фондовом рынке уже отражают всю доступную информацию для прогнозирования будущего, а последующие изменения обусловлены непредвиденными событиями. Следовательно, инвестору на фондовом рынке крайне сложно предвидеть или спрогнозировать рост или падение рынка. В отличие от прогнозирования фактической доходности акций, прогнозирование общих экономических тенденций, как правило, более точно. Такой анализ предоставляется как некоммерческими организациями, так и частными коммерческими учреждениями. Наблюдалась некоторая корреляция между реальными изменениями на фондовом рынке и данными прогнозов, полученными от крупных групп в ходе опросов и прогнозных игр. Актуарий использует актуарную науку для оценки и прогнозирования будущих бизнес-рисков с целью их смягчения. Например, в страховании актуарий использует таблицу смертности (которая учитывает исторические данные о смертности и иногда содержит оценку будущих тенденций) для прогнозирования ожидаемой продолжительности жизни.
Спорт
Предсказание исходов спортивных событий – бизнес, который в последние годы приобрел значительную популярность. Прогнозисты (гандикаперы) предсказывают результаты игр, используя разнообразные математические формулы, модели симуляции или качественный анализ. Ранее считалось, что известные игроки, делавшие ставки, такие как Джимми the Greek, имели доступ к информации, дававшей им преимущество. Эта информация варьировалась от личных проблем, таких как пристрастие к азартным играм или алкоголю, до скрытых травм – всего, что могло повлиять на игру спортсмена. В последнее время методы прогнозирования спорта изменились. Современные прогнозы обычно состоят из двух основных подходов: ситуативных ставок и статистических моделей. Ситуативные ставки сложнее оценить, поскольку они часто связаны с мотивацией команды. Известный гандикапер Дэн Гордон писал: «Без эмоционального преимущества в игре, в дополнение к выгодному коэффициенту, я не стану делать ставку». К таким ставкам относятся: ставки на андердога, играющего дома, ставки против победителей понедельничных игр, если они являются фаворитами на следующей неделе, ставки на андердога в играх с «заглядыванием вперед» и т.д. По мере того, как ситуативные ставки становятся более известными, их эффективность снижается, поскольку они влияют на формирование коэффициентов. Широкое распространение технологий привело к появлению более современных систем ставок на спорт. Эти системы обычно представляют собой алгоритмы и модели симуляции, основанные на регрессионном анализе. Джефф Сагарин, спортивный статистик, привлек внимание к спорту, публикуя результаты своих моделей в USA Today. В настоящее время он работает консультантом в Dallas Mavericks, давая советы по составу команд и используя свою систему Winval, которая оценивает свободных агентов. Брайан Берк, бывший пилот-истребитель ВМС, ставший спортивным статистиком, опубликовал результаты использования регрессионного анализа для прогнозирования исходов игр NFL. Кен Померой общепризнан как ведущий эксперт в области статистики студенческого баскетбола. На его сайте представлены рейтинги студенческого баскетбола, статистическая система, основанная на темпе игры. Некоторые статистики прославились благодаря своим успешным системам прогнозирования. Дэйр писал: «Эффективные коэффициенты для спортивных ставок и скачек являются прямым результатом человеческих решений и, следовательно, могут содержать систематические ошибки». В отличие от других игр, предлагаемых в казино, прогнозирование спортивных событий может быть как логичным, так и последовательным. Другие, более продвинутые модели основаны на байесовских сетях – причинно-следственных вероятностных моделях, часто используемых для анализа рисков и поддержки принятия решений. На основе такого математического моделирования Constantinou и др. разработали модели для прогнозирования исходов футбольных матчей. Интерес к этим моделям заключается в том, что, помимо учета релевантных исторических данных, они также включают в себя неопределенные субъективные факторы, такие как доступность ключевых игроков, усталость команды, мотивация команды и т.д. Они предоставляют пользователю возможность учитывать свои собственные предположения о факторах, по которым нет точных данных. Эта дополнительная информация объединяется с историческими данными для получения уточненного прогноза исхода матча. Первоначальные результаты, полученные с использованием этих методов моделирования, обнадеживают, поскольку они демонстрируют стабильную прибыльность по сравнению с опубликованными рыночными коэффициентами. В настоящее время спортивные ставки – это огромный бизнес. Существует множество веб-сайтов (систем) наряду с букмекерскими конторами, которые предоставляют советы или прогнозы для будущих игр. Некоторые из этих сайтов прогнозов (типстеров) основаны на человеческих прогнозах, а другие – на компьютерном программном обеспечении, иногда называемом прогнозными роботами или ботами. Прогнозные боты могут использовать различные объемы данных и алгоритмы, поэтому их точность может варьироваться. Сайты, такие как Tzefi.com, утверждают, что заявления других сайтов о том, что они моделируют игру 50 000 раз, прежде чем она будет сыграна, вводят в заблуждение и не соответствуют действительности. Это связано с тем, что эти сайты не учитывают человеческий фактор в игре, и питчер с ERA 3.30 может пропустить удар, когда базы заполнены, или квотербек с рейтингом паса 100+ может сделать перехват в критический момент. Tzefi.com заявляет о 64,5% точности прогнозов игр NFL.
Социальные науки
Прогнозирование в неэкономических социальных науках отличается от естественных наук и включает в себя множество альтернативных методов, таких как экстраполяция трендов, прогнозирование, построение сценариев и экспертные опросы методом Дельфи. Нефтяная компания Shell особенно известна своей деятельностью по разработке сценариев. Одной из причин специфики социального прогнозирования является то, что в социальных науках "прогнозисты являются частью социального контекста, который они пытаются предсказать, и могут влиять на этот контекст в процессе". Как следствие, социальные прогнозы могут оказаться самосбывающимися или саморазрушающимися. Например, прогноз о том, что значительная часть населения заразится ВИЧ, основанный на текущих тенденциях, может побудить больше людей избегать рискованного поведения и тем самым снизить уровень заражения ВИЧ, что сделает прогноз недействительным (который мог бы остаться верным, если бы он не был предан огласке). Или, предсказание о том, что кибербезопасность станет серьезной проблемой, может заставить организации усилить меры кибербезопасности, тем самым ограничив масштаб проблемы. Это неотъемлемая часть колдовства и использовалась в различных формах на протяжении тысячелетий. Прорицатели определяют свои толкования того, как следует поступить вопрошающему, путем чтения знаков, событий или предзнаменований, либо посредством предполагаемого контакта со сверхъестественной сущностью, чаще всего описываемой как ангел или бог, хотя христиане и иудеи рассматривают ее как падшего ангела или демона.
Художественная литература
Художественная литература (особенно фантастика, прогнозирование и научная фантастика) часто содержит примеры предсказаний, достигнутых нетрадиционными способами. Научная фантастика прошлого предсказывала различные современные технологии. В фантастической литературе предсказания часто получают посредством магии или пророчества, иногда отсылая к древним традициям. Например, во "Властелине колец" Дж. Р. Р. Толкина многие персонажи обладают осознанием событий, простирающихся в будущее, иногда в форме пророчеств, иногда в виде более или менее смутных "ощущений". Персонаж Галадриэль, кроме того, использует водное "зеркало", чтобы показывать образы, в том числе возможных будущих событий. В некоторых произведениях Филипа К. Дика мутанты, называемые прекогами, способны предвидеть будущее (от дней до лет). В рассказе "Золотой человек" исключительный мутант может предсказывать будущее на неопределённый срок (вероятно, до своей смерти) и таким образом становится полностью лишённым человечности, животным, автоматически следующим предсказанным путям. Прекоги также играют важную роль в другом произведении Дика, "Доклад о меньшинстве", которое в 2002 году было экранизировано Стивеном Спилбергом. В серии "Основание" Айзека Азимова математик обнаруживает, что исторические события (с определённой степенью детализации) могут быть теоретически смоделированы с помощью уравнений, и затем посвящает годы попыткам реализовать эту теорию на практике. Новая наука – психоистория, основанная на его успехе, способна моделировать историю и экстраполировать настоящее в будущее. В продолжениях Фрэнка Герберта к "Дюне" (1965) его персонажи сталкиваются с последствиями способности видеть возможные будущие и выбирать между ними. Герберт рассматривает это как ловушку стагнации, и его персонажи следуют так называемым "Золотым путём" из этой ловушки. В романе Урсулы К. Ле Гуин "Левая рука тьмы" гуманоидные обитатели планеты Гефен овладели искусством пророчества и регулярно предоставляют данные о событиях прошлого, настоящего или будущего по запросу. В этом произведении это было второстепенным сюжетным элементом.
Поэзия
Для древних предсказание, пророчество и поэзия часто были тесно связаны. Пророчества излагались в стихах, а латинское слово для обозначения поэта – "vates" – также означало пророка.