时间序列预测可视化实验室
从经典统计到深度学习,8 个交互式 SVG 模块系统化拆解时间序列预测的核心模型:ARIMA 与指数平滑、Prophet 分解、DeepAR 概率自回归、PatchTST、TFT、N-BEATS,以及概率区间与模型对比基准。全部纯 SVG 绘制,零依赖,可交互调参与动画演示。
ARIMA 分解与指数平滑
ARIMA(p,d,q) 将序列分解为趋势、季节与残差三部分;Holt-Winters 指数平滑对未来做加权外推。调节 p/d/q 与季节周期,观察预测如何随置信区间逐步展开。
Prophet 模型分解
Prophet 将序列建模为趋势(线性/逻辑增长)、季节性(日/周/年)、节假日效应与残差之和。切换加法/乘法模式与趋势类型,观察变点如何分段拟合趋势。
DeepAR 深度自回归概率预测
DeepAR 用自回归神经网络在每一步输出一个高斯分布(均值 μ 与方差 σ²),而非单点。逐步采样生成多条轨迹,形成分位数区间。观察分布如何沿时间轴逐点展开。
PatchTST 分块 Transformer
将序列切分为固定长度的 patch 再嵌入,大幅缩短序列长度,降低 Transformer 注意力的二次开销。调节 patch 长度与步长,对比“逐步 token”与“分块 token”的序列规模与注意力连接。
Temporal Fusion Transformer
TFT 用变量选择网络(VSN)为不同输入分配权重,门控残差网络(GRN)做非线性融合,时序注意力捕捉长程依赖。静态元数据绕过时序注意力直达输出,已知未来输入则参与解码。
N-BEATS 基函数展开
N-BEATS 由多个堆叠 block 组成,每个 block 共享 MLP 并输出前向预测与后向预测。前向预测从输入残差中扣除,残差再传入下一 block。可解释基函数把预测分解为趋势与季节分量。
概率预测与区间校准
概率预测输出完整分布而非单点:以分位数(P10/P50/P90)刻画区间。用 pinball loss 训练,用覆盖度校准——90% 的真实值是否真的落在 P5–P95 之间?
模型对比基准
在同一条时间序列上并列对比六种模型:ARIMA、Prophet、DeepAR、PatchTST、TFT、N-BEATS。切换数据集类型(趋势/季节/不规则)与预测步长,观察误差指标与排名变化。