Ciencia de Datos para la Empresa
Contenido
En el siguiente entrenamiento se utilizarán las herramientas disponibles en R para aplicar métodos e implementar el aprendizaje automático con el fin de predecir resultados futuros en un conjunto de datos basados en su histórico. El objetivo será construir un modelo básico de Machine Learning para predecir valores futuros utilizando las paqueterías de aprendizaje automático. La predicción tendrá un horizonte de seis meses de recuentos diarios del conjunto de datos del “sistema de bicicletas compartidas”.
Sistema de bicicletas Compartidas
Bicicletas compartidas de Capital Bikeshare
La empresa presta un servicio de bicicletas compartidas en Metro DC (EEUU), con 4.500 bicicletas y más de 500 estaciones en 7 jurisdicciones: Washington DC, Arlington, Alexandria, Montgomery, Condado de Prince George, El condado de Fairfax, y la ciudad de Falls Church.
El uso compartido de bicicletas (Bikeshare) es un modo innovador de transporte que permite a los usuarios realizar viajes utilizando bicicletas disponibles al público. Consiste en una flota de bicicletas especialmente diseñadas, resistentes y duraderas que están encerradas en una red de estaciones de acoplamiento en toda el área de servicio.
Los sistemas de bicicletas compartidas son un nuevo modelo de negocio, que se basa en alquileres de bicicletas tradicionales donde todo el proceso desde la membresía, el alquiler y la entrega se ha vuelto automático (uso de software). A través de estos sistemas, el usuario puede alquilar fácilmente una bicicleta desde una posición particular y regresarla en otro lugar.
Actualmente, hay alrededor de 500 programas de bicicletas compartidas en todo el mundo que se componen de más de 500 mil bicicletas. Hoy en día, existe un gran interés en estos sistemas debido a su importante papel en cuestiones de tráfico, medio ambiente y salud.
Además de las interesantes aplicaciones del mundo real de los sistemas para compartir bicicletas, las características de los datos generados por estos sistemas (software) los hacen atractivos para la investigación. Opuesto a otros servicios de transporte, como el autobús o el metro, la duración de la posición de viaje, salida y llegada se registra explícitamente en estos sistemas.
Esta característica convierte el sistema para compartir bicicletas en una red de sensores virtuales que se puede utilizar para detectar la movilidad en la ciudad. Por lo tanto, se espera que la mayoría de los eventos importantes en la ciudad puedan detectarse mediante el monitoreo de estos datos. Utilizaremos el conjunto de datos Bike Sharing del repositorio de aprendizaje automático UCI (Centro de Aprendizaje Automático y Sistemas Inteligentes).
Tipos de Machine Learning
El Machine Learning se define como el sub-campo de la “Inteligencia Artificial” que se centra en el desarrollo de programas informáticos que tienen acceso a los datos y proporcionan al sistema la capacidad de aprender y mejorar automáticamente, de encontrar patrones en la base de datos sin ninguna intervención o acción humana basado en el tipo de datos, es decir, datos etiquetados o no etiquetados, el enfoque de capacitación del modelo en aprendizaje automático se ha clasificado como aprendizaje supervisado y no supervisado.
En este sentido, el proceso se resume en la búsqueda de un patrón en los datos, que luego usa esos patrones para predecir el futuro. El Machine Learning nos permite descubrir patrones en los datos existentes después de crear y utilizar un modelo que identifica esos patrones en datos innovadores. El aprendizaje automático se ha generalizado:
Los grandes vendedores creen que hay mucho dinero en este mercado.
El Machine Learning a menudo respaldará cualquier modelo de negocio.
¿Cómo es el aprendizaje?
Proceso de aprendizaje:
Identificación de patrones
Reconociendo esos patrones cuando se ven de nuevo
workflows (Flujo de trabajo)
El flujo de trabajo (workflows ) es un objeto que puede agrupar solicitudes de procesamiento previo, modelado y procesamiento posterior. Por ejemplo, si tenemos un modelo recipe y parsnip, estos se pueden combinar en un flujo de trabajo. Las ventajas son:
No hay que realizar un seguimiento de objetos separados en el espacio de trabajo.
La preparación de la receta y el ajuste del modelo se pueden ejecutar con una sola llamada a fit().
Si existen ajustes de parámetros personalizados, estos se pueden definir utilizando una interfaz más simple cuando se combina con el ajuste .
En el futuro, los flujos de trabajo podrán agregar operaciones de procesamiento posterior, como modificar el límite de probabilidad para modelos de dos clases.
El objetivo de l parsnip es proporcionar una interfaz ordenada y unificada a los modelos que se pueden utilizar para probar una gama de modelos sin atascarse en las minucias sintácticas de los paquetes subyacentes.
La idea del paquete recipes es definir una receta o un plan que pueda usarse para definir secuencialmente las codificaciones y el preprocesamiento de los datos (es decir, “ingeniería de características”). Por ejemplo, para crear una receta simple que contenga solo un resultado y predictores, que tenga los predictores centrados y escalados.
Yardstick son un conjunto de herramientas ordenadas para cuantificar qué tan bien se ajusta el modelo a un conjunto de datos, como matrices de confusión, resúmenes de curvas de probabilidad de clase y métricas de regresión (por ejemplo, RMSE).
El tidyverse es una colección del paquetes R diseñado para la ciencia de datos. Todos los paquetes comparten una filosofía de diseño, gramática y estructuras de datos subyacentes.
Tidyquant integra los mejores recursos para la recolección y análisis de datos financieros, zoo, xts, quantmod, TTR, y PerformanceAnalytics, con la infraestructura de datos ordenada de la tidyverse que permite la interacción fluida entre cada uno.
Timetk es una fácil visualización de disputas y preprocesamiento de datos de series temporales para pronósticos y predicción de aprendizaje automático. Los métodos utilizados son comunes en el aprendizaje automático y han sido citados en diversas publicaciones.
Crea gráficos web interactivos a partir de gráficos ‘ggplot2’ y / o una interfaz personalizada a la biblioteca JavaScript (MITlicensed) ‘plotly.js’ está inspirada en la gramática de los gráficos.
Proporciona una herramienta de uso general para la generación dinámica de informes en R utilizando técnicas de programación literaria.
Este paquete simplifica la forma de manipular los códigos HTML o ‘LaTeX’ generados por ‘kable ()’ y permite construir tablas complejas, además para personalizar estilos usando un formato de sintaxis legible.
Lo primero es instalar cada uno de los paquetes que se utilizarán en el proceso del modelaje. La lectura de la base de datos y la creación del primer objeto.
date
value
1
2011-01-01
985
2
2011-01-02
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3
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7
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2011-01-22
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2011-01-29
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2011-02-17
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86
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88
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106
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110
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2011-04-24
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2011-04-27
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2011-05-03
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2011-05-10
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2011-05-12
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2011-05-13
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2011-05-14
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2011-05-17
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2011-05-26
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2011-05-27
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2011-05-28
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149
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243
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581
2012-08-03
7175
582
2012-08-04
6824
583
2012-08-05
5464
584
2012-08-06
7013
585
2012-08-07
7273
586
2012-08-08
7534
587
2012-08-09
7286
588
2012-08-10
5786
589
2012-08-11
6299
590
2012-08-12
6544
591
2012-08-13
6883
592
2012-08-14
6784
593
2012-08-15
7347
594
2012-08-16
7605
595
2012-08-17
7148
596
2012-08-18
7865
597
2012-08-19
4549
598
2012-08-20
6530
599
2012-08-21
7006
600
2012-08-22
7375
601
2012-08-23
7765
602
2012-08-24
7582
603
2012-08-25
6053
604
2012-08-26
5255
605
2012-08-27
6917
606
2012-08-28
7040
607
2012-08-29
7697
608
2012-08-30
7713
609
2012-08-31
7350
610
2012-09-01
6140
611
2012-09-02
5810
612
2012-09-03
6034
613
2012-09-04
6864
614
2012-09-05
7112
615
2012-09-06
6203
616
2012-09-07
7504
617
2012-09-08
5976
618
2012-09-09
8227
619
2012-09-10
7525
620
2012-09-11
7767
621
2012-09-12
7870
622
2012-09-13
7804
623
2012-09-14
8009
624
2012-09-15
8714
625
2012-09-16
7333
626
2012-09-17
6869
627
2012-09-18
4073
628
2012-09-19
7591
629
2012-09-20
7720
630
2012-09-21
8167
631
2012-09-22
8395
632
2012-09-23
7907
633
2012-09-24
7436
634
2012-09-25
7538
635
2012-09-26
7733
636
2012-09-27
7393
637
2012-09-28
7415
638
2012-09-29
8555
639
2012-09-30
6889
640
2012-10-01
6778
641
2012-10-02
4639
642
2012-10-03
7572
643
2012-10-04
7328
644
2012-10-05
8156
645
2012-10-06
7965
646
2012-10-07
3510
647
2012-10-08
5478
648
2012-10-09
6392
649
2012-10-10
7691
650
2012-10-11
7570
651
2012-10-12
7282
652
2012-10-13
7109
653
2012-10-14
6639
654
2012-10-15
5875
655
2012-10-16
7534
656
2012-10-17
7461
657
2012-10-18
7509
658
2012-10-19
5424
659
2012-10-20
8090
660
2012-10-21
6824
661
2012-10-22
7058
662
2012-10-23
7466
663
2012-10-24
7693
664
2012-10-25
7359
665
2012-10-26
7444
666
2012-10-27
7852
667
2012-10-28
4459
668
2012-10-29
22
669
2012-10-30
1096
670
2012-10-31
5566
671
2012-11-01
5986
672
2012-11-02
5847
673
2012-11-03
5138
674
2012-11-04
5107
675
2012-11-05
5259
676
2012-11-06
5686
677
2012-11-07
5035
678
2012-11-08
5315
679
2012-11-09
5992
680
2012-11-10
6536
681
2012-11-11
6852
682
2012-11-12
6269
683
2012-11-13
4094
684
2012-11-14
5495
685
2012-11-15
5445
686
2012-11-16
5698
687
2012-11-17
5629
688
2012-11-18
4669
689
2012-11-19
5499
690
2012-11-20
5634
691
2012-11-21
5146
692
2012-11-22
2425
693
2012-11-23
3910
694
2012-11-24
2277
695
2012-11-25
2424
696
2012-11-26
5087
697
2012-11-27
3959
698
2012-11-28
5260
699
2012-11-29
5323
700
2012-11-30
5668
701
2012-12-01
5191
702
2012-12-02
4649
703
2012-12-03
6234
704
2012-12-04
6606
705
2012-12-05
5729
706
2012-12-06
5375
707
2012-12-07
5008
708
2012-12-08
5582
709
2012-12-09
3228
710
2012-12-10
5170
711
2012-12-11
5501
712
2012-12-12
5319
713
2012-12-13
5532
714
2012-12-14
5611
715
2012-12-15
5047
716
2012-12-16
3786
717
2012-12-17
4585
718
2012-12-18
5557
719
2012-12-19
5267
720
2012-12-20
4128
721
2012-12-21
3623
722
2012-12-22
1749
723
2012-12-23
1787
724
2012-12-24
920
725
2012-12-25
1013
726
2012-12-26
441
727
2012-12-27
2114
728
2012-12-28
3095
729
2012-12-29
1341
730
2012-12-30
1796
731
2012-12-31
2729
Una visualización gráfica ayudará a comprender cómo abordar el problema de pronosticar. Se dividen los datos en dos regiones: una región de entrenamiento y una de prueba.
ggplotly (Bicicletas_tab %>%
ggplot (aes (x = date, y = value)) +
geom_rect (xmin = as.numeric (ymd ("2012-07-01" )),
xmax = as.numeric (ymd ("2013-01-01" )),
ymin = 0 , ymax = 10000 ,
fill = "#ff4242" , color = NA , size = 0 , alpha = 0.4 ) +
annotate ("text" , x = ymd ("2011-10-01" ), y = 7800 ,
color = palette_light ()[[1 ]], label = "Entrenamiento" ) +
annotate ("text" , x = ymd ("2012-10-01" ), y = 1550 ,
color = palette_light ()[[1 ]], label = "Prueba" ) +
geom_point (alpha = 0.5 , color = palette_light ()[[1 ]]) +
labs (title = "Bicicletas compartidas Dataset: Frecuencia Diaria" , x = "" ) +
theme_tq ())
Se dividen los datos en entrenamiento y conjuntos de pruebas fecha común: “2012-07-01”.
Se comienza con el conjunto de entrenamiento, que contienen las columnas “fecha” y “valor”.
date
value
1
2011-01-01
985
2
2011-01-02
801
3
2011-01-03
1349
4
2011-01-04
1562
5
2011-01-05
1600
6
2011-01-06
1606
7
2011-01-07
1510
8
2011-01-08
959
9
2011-01-09
822
10
2011-01-10
1321
11
2011-01-11
1263
12
2011-01-12
1162
13
2011-01-13
1406
14
2011-01-14
1421
15
2011-01-15
1248
16
2011-01-16
1204
17
2011-01-17
1000
18
2011-01-18
683
19
2011-01-19
1650
20
2011-01-20
1927
21
2011-01-21
1543
22
2011-01-22
981
23
2011-01-23
986
24
2011-01-24
1416
25
2011-01-25
1985
26
2011-01-26
506
27
2011-01-27
431
28
2011-01-28
1167
29
2011-01-29
1098
30
2011-01-30
1096
31
2011-01-31
1501
32
2011-02-01
1360
33
2011-02-02
1526
34
2011-02-03
1550
35
2011-02-04
1708
36
2011-02-05
1005
37
2011-02-06
1623
38
2011-02-07
1712
39
2011-02-08
1530
40
2011-02-09
1605
41
2011-02-10
1538
42
2011-02-11
1746
43
2011-02-12
1472
44
2011-02-13
1589
45
2011-02-14
1913
46
2011-02-15
1815
47
2011-02-16
2115
48
2011-02-17
2475
49
2011-02-18
2927
50
2011-02-19
1635
51
2011-02-20
1812
52
2011-02-21
1107
53
2011-02-22
1450
54
2011-02-23
1917
55
2011-02-24
1807
56
2011-02-25
1461
57
2011-02-26
1969
58
2011-02-27
2402
59
2011-02-28
1446
60
2011-03-01
1851
61
2011-03-02
2134
62
2011-03-03
1685
63
2011-03-04
1944
64
2011-03-05
2077
65
2011-03-06
605
66
2011-03-07
1872
67
2011-03-08
2133
68
2011-03-09
1891
69
2011-03-10
623
70
2011-03-11
1977
71
2011-03-12
2132
72
2011-03-13
2417
73
2011-03-14
2046
74
2011-03-15
2056
75
2011-03-16
2192
76
2011-03-17
2744
77
2011-03-18
3239
78
2011-03-19
3117
79
2011-03-20
2471
80
2011-03-21
2077
81
2011-03-22
2703
82
2011-03-23
2121
83
2011-03-24
1865
84
2011-03-25
2210
85
2011-03-26
2496
86
2011-03-27
1693
87
2011-03-28
2028
88
2011-03-29
2425
89
2011-03-30
1536
90
2011-03-31
1685
91
2011-04-01
2227
92
2011-04-02
2252
93
2011-04-03
3249
94
2011-04-04
3115
95
2011-04-05
1795
96
2011-04-06
2808
97
2011-04-07
3141
98
2011-04-08
1471
99
2011-04-09
2455
100
2011-04-10
2895
101
2011-04-11
3348
102
2011-04-12
2034
103
2011-04-13
2162
104
2011-04-14
3267
105
2011-04-15
3126
106
2011-04-16
795
107
2011-04-17
3744
108
2011-04-18
3429
109
2011-04-19
3204
110
2011-04-20
3944
111
2011-04-21
4189
112
2011-04-22
1683
113
2011-04-23
4036
114
2011-04-24
4191
115
2011-04-25
4073
116
2011-04-26
4400
117
2011-04-27
3872
118
2011-04-28
4058
119
2011-04-29
4595
120
2011-04-30
5312
121
2011-05-01
3351
122
2011-05-02
4401
123
2011-05-03
4451
124
2011-05-04
2633
125
2011-05-05
4433
126
2011-05-06
4608
127
2011-05-07
4714
128
2011-05-08
4333
129
2011-05-09
4362
130
2011-05-10
4803
131
2011-05-11
4182
132
2011-05-12
4864
133
2011-05-13
4105
134
2011-05-14
3409
135
2011-05-15
4553
136
2011-05-16
3958
137
2011-05-17
4123
138
2011-05-18
3855
139
2011-05-19
4575
140
2011-05-20
4917
141
2011-05-21
5805
142
2011-05-22
4660
143
2011-05-23
4274
144
2011-05-24
4492
145
2011-05-25
4978
146
2011-05-26
4677
147
2011-05-27
4679
148
2011-05-28
4758
149
2011-05-29
4788
150
2011-05-30
4098
151
2011-05-31
3982
152
2011-06-01
3974
153
2011-06-02
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5409
469
2012-04-13
6398
470
2012-04-14
7460
471
2012-04-15
7132
472
2012-04-16
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473
2012-04-17
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474
2012-04-18
4367
475
2012-04-19
6565
476
2012-04-20
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477
2012-04-21
6624
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2012-04-22
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479
2012-04-23
3214
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2012-04-24
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2012-04-25
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2012-04-26
5026
483
2012-04-27
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484
2012-04-28
4220
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2012-04-29
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2012-04-30
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2012-05-02
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2012-05-03
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2012-05-11
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2012-05-12
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503
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504
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2012-05-21
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2012-05-22
6073
509
2012-05-23
5260
510
2012-05-24
6770
511
2012-05-25
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2012-05-26
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2012-05-27
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2012-06-16
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2012-06-25
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2012-06-26
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2012-06-27
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2012-06-28
6879
546
2012-06-29
5463
547
2012-06-30
5687
Especificación de pre-procesamiento de recetas
El primer paso es agregar la serie temporal al conjunto de entrenamiento que se usará para aprender los patrones. El paquete “timetk” será la integración con el paquete “recipes”:
El paquete “recipe” nos permite agregar pasos de preprocesamiento que se aplicarán secuencialmente como parte de una tubería de transformación de datos.
La función “step_timeseries_signature”, se utiliza para agregar una serie de características que pueden ayudar a los modelos de aprendizaje automático.
Se puede observar qué sucede cuando aplicamos una receta preparada “prep” usando la la función “bake”. Se agregarán nuevas columnas en función de “fecha”(columna date). Estas son características que podemos usar en los modelos de aprendizaje automático.
date
value
date_index.num
date_year
date_year.iso
date_half
date_quarter
date_month
date_month.xts
date_month.lbl
date_day
date_hour
date_minute
date_second
date_hour12
date_am.pm
date_wday
date_wday.xts
date_wday.lbl
date_mday
date_qday
date_yday
date_mweek
date_week
date_week.iso
date_week2
date_week3
date_week4
date_mday7
1
2011-01-01
985
1293840000
2011
2010
1
1
1
0
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1
0
0
0
0
1
7
6
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1
1
1
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1
52
1
1
1
1
2
2011-01-02
801
1293926400
2011
2010
1
1
1
0
enero
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0
0
0
0
1
1
0
domingo
2
2
2
1
1
52
1
1
1
1
3
2011-01-03
1349
1294012800
2011
2011
1
1
1
0
enero
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0
0
0
0
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1
lunes
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1
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2011-01-04
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2011
2011
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1
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0
enero
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0
0
0
0
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martes
4
4
4
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1
1
1
1
1
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1294185600
2011
2011
1
1
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0
0
0
0
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miércoles
5
5
5
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2011-01-06
1606
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2011
2011
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1
1
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2011-01-07
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2011
2011
1
1
1
0
enero
7
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0
1
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5
viernes
7
7
7
2
1
1
1
1
1
2
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2011-01-08
959
1294444800
2011
2011
1
1
1
0
enero
8
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0
0
0
1
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8
8
8
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2
1
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2
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2011-01-09
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2011
2011
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9
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2011
2011
1
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0
enero
10
0
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lunes
10
10
10
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2
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2011-01-11
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2011
2011
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1
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enero
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2011-01-12
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2011
2011
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13
2011-01-13
1406
1294876800
2011
2011
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1
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13
13
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2011
2011
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enero
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2011
2011
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1
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15
15
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2011
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2011
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2011
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18
18
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19
19
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2011
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2011
2011
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2011
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2011
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2011
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2011
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29
29
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2011
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30
30
30
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5
31
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2011
2011
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0
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31
31
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2011
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32
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2011
2011
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2
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febrero
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33
33
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34
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2011
2011
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febrero
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34
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2011
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2011
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37
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2011
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febrero
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2011
2011
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39
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2012
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2012
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2012
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2012
2012
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25
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2012
2012
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25
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2012
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25
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2012
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25
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2012
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26
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2012
2012
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26
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2012
2012
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miércoles
27
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26
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2012
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26
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junio
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26
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547
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2012
2012
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2
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0
0
0
0
1
7
6
sábado
30
91
182
5
26
26
0
2
2
5
A continuación, se aplicarán los primeros pasos de preprocesamiento para mejorar el comportamiento del modelo. Se agregarán características, como año, día de la semana y variables dummy.
recipe_spec_final <- recipe_spec_serietemporal%>%
step_rm (date) %>%
step_rm (contains ("iso" ), contains ("minute" ), contains ("hour" ),
contains ("am.pm" ), contains ("xts" )) %>%
step_normalize (contains ("index.num" ), date_year) %>%
step_dummy (contains ("lbl" ), one_hot = TRUE )
kable (bake (prep (recipe_spec_final), new_data = entrenamiento_tab), digits = 2 , format = "html" , row.names = TRUE ) %>%
kable_styling (bootstrap_options = c ("striped" ),
full_width = T,
font_size = 15 ) %>%
scroll_box (height = "200px" )
value
date_index.num
date_year
date_half
date_quarter
date_month
date_day
date_second
date_wday
date_mday
date_qday
date_yday
date_mweek
date_week
date_week2
date_week3
date_week4
date_mday7
date_month.lbl_01
date_month.lbl_02
date_month.lbl_03
date_month.lbl_04
date_month.lbl_05
date_month.lbl_06
date_month.lbl_07
date_month.lbl_08
date_month.lbl_09
date_month.lbl_10
date_month.lbl_11
date_month.lbl_12
date_wday.lbl_1
date_wday.lbl_2
date_wday.lbl_3
date_wday.lbl_4
date_wday.lbl_5
date_wday.lbl_6
date_wday.lbl_7
1
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-0.71
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1
0
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0
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2
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0
0
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0
0
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-0.71
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1
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1
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-1.70
-0.71
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1
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1
1
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-0.71
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1
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9
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-0.71
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12
12
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-0.71
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13
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-0.71
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14
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0
2
2
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-1.64
-0.71
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-0.71
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16
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18
18
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-0.71
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19
19
19
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20
20
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-0.71
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21
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21
21
21
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1
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3
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0
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0
0
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0
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-0.71
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1
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0
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22
22
22
4
4
0
1
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4
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0
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0
0
0
0
0
0
0
0
0
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1
Especificación del modelo
En este paso, se creará una especificación del modelo. Se usará un modelo de regresión lineal. Tomado del paquete glmnet. El cual contiene procedimientos extremadamente eficientes para ajustar el camino de regularización de lazo o red elástica para regresión lineal, modelos de regresión logística y multinomial, regresión de Poisson y el modelo de Cox.
Flujo de trabajo
Se pueden combinar la receta de preprocesamiento y el modelo utilizando un Workflow ().
## == Workflow ====================================================================
## Preprocessor: Recipe
## Model: linear_reg()
##
## -- Preprocessor ----------------------------------------------------------------
## 5 Recipe Steps
##
## * step_timeseries_signature()
## * step_rm()
## * step_rm()
## * step_normalize()
## * step_dummy()
##
## -- Model -----------------------------------------------------------------------
## Linear Regression Model Specification (regression)
##
## Computational engine: lm
El flujo de trabajo se puede entrenar con la función fit ().
Prueba (validación)
Con un modelo adecuado en la mano, podemos pronosticar utilizando el conjunto de “prueba” para fines de validación.
.pred
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16
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17
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26
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27
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2012-07-27
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28
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2012-07-28
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29
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2012-07-29
6597
30
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2012-07-30
7105
31
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33
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46
6432.02
2012-08-15
7347
47
6660.04
2012-08-16
7605
48
6681.75
2012-08-17
7148
49
6797.54
2012-08-18
7865
50
6434.94
2012-08-19
4549
51
6442.55
2012-08-20
6530
52
6550.55
2012-08-21
7006
53
6392.14
2012-08-22
7375
54
6620.17
2012-08-23
7765
55
6641.88
2012-08-24
7582
56
6757.66
2012-08-25
6053
57
6518.14
2012-08-26
5255
58
6525.75
2012-08-27
6917
59
6633.75
2012-08-28
7040
60
6475.34
2012-08-29
7697
61
6703.36
2012-08-30
7713
62
6725.07
2012-08-31
7350
63
6301.50
2012-09-01
6140
64
6204.30
2012-09-02
5810
65
6211.91
2012-09-03
6034
66
6421.07
2012-09-04
6864
67
6262.66
2012-09-05
7112
68
6490.68
2012-09-06
6203
69
6411.23
2012-09-07
7504
70
6527.02
2012-09-08
5976
71
6287.50
2012-09-09
8227
72
6295.10
2012-09-10
7525
73
6504.26
2012-09-11
7767
74
6345.86
2012-09-12
7870
75
6573.88
2012-09-13
7804
76
6494.43
2012-09-14
8009
77
6610.22
2012-09-15
8714
78
6247.62
2012-09-16
7333
79
6255.23
2012-09-17
6869
80
6464.39
2012-09-18
4073
81
6305.98
2012-09-19
7591
82
6534.01
2012-09-20
7720
83
6454.56
2012-09-21
8167
84
6570.34
2012-09-22
8395
85
6256.10
2012-09-23
7907
86
6263.71
2012-09-24
7436
87
6472.87
2012-09-25
7538
88
6314.46
2012-09-26
7733
89
6542.48
2012-09-27
7393
90
6463.03
2012-09-28
7415
91
6578.82
2012-09-29
8555
92
6239.89
2012-09-30
6889
93
5639.06
2012-10-01
6778
94
6243.79
2012-10-02
4639
95
6085.38
2012-10-03
7572
96
6313.40
2012-10-04
7328
97
6335.12
2012-10-05
8156
98
6450.90
2012-10-06
7965
99
6110.22
2012-10-07
3510
100
6117.83
2012-10-08
5478
101
6326.99
2012-10-09
6392
102
6168.58
2012-10-10
7691
103
6396.60
2012-10-11
7570
104
6418.31
2012-10-12
7282
105
6534.10
2012-10-13
7109
106
5995.62
2012-10-14
6639
107
6003.23
2012-10-15
5875
108
6212.39
2012-10-16
7534
109
6053.98
2012-10-17
7461
110
6282.01
2012-10-18
7509
111
6303.72
2012-10-19
5424
112
6419.51
2012-10-20
8090
113
6078.82
2012-10-21
6824
114
6086.43
2012-10-22
7058
115
6295.59
2012-10-23
7466
116
6137.18
2012-10-24
7693
117
6365.20
2012-10-25
7359
118
6386.92
2012-10-26
7444
119
6502.70
2012-10-27
7852
120
6062.61
2012-10-28
4459
121
6070.22
2012-10-29
22
122
6279.38
2012-10-30
1096
123
6120.97
2012-10-31
5566
124
5319.08
2012-11-01
5986
125
5657.25
2012-11-02
5847
126
5773.03
2012-11-03
5138
127
5458.79
2012-11-04
5107
128
5466.40
2012-11-05
5259
129
5675.56
2012-11-06
5686
130
5415.99
2012-11-07
5035
131
5644.01
2012-11-08
5315
132
5665.72
2012-11-09
5992
133
5781.51
2012-11-10
6536
134
5418.91
2012-11-11
6852
135
5426.52
2012-11-12
6269
136
5635.68
2012-11-13
4094
137
5376.11
2012-11-14
5495
138
5604.14
2012-11-15
5445
139
5625.85
2012-11-16
5698
140
5741.63
2012-11-17
5629
141
5502.11
2012-11-18
4669
142
5509.72
2012-11-19
5499
143
5718.88
2012-11-20
5634
144
5459.31
2012-11-21
5146
145
5687.33
2012-11-22
2425
146
5709.04
2012-11-23
3910
147
5824.83
2012-11-24
2277
148
5411.18
2012-11-25
2424
149
5418.78
2012-11-26
5087
150
5627.95
2012-11-27
3959
151
5368.38
2012-11-28
5260
152
5596.40
2012-11-29
5323
153
5618.11
2012-11-30
5668
154
4775.23
2012-12-01
5191
155
4852.16
2012-12-02
4649
156
4859.76
2012-12-03
6234
157
5068.92
2012-12-04
6606
158
4910.52
2012-12-05
5729
159
5138.54
2012-12-06
5375
160
5059.09
2012-12-07
5008
161
5174.88
2012-12-08
5582
162
4812.28
2012-12-09
3228
163
4819.89
2012-12-10
5170
164
5029.05
2012-12-11
5501
165
4870.64
2012-12-12
5319
166
5098.67
2012-12-13
5532
167
5019.22
2012-12-14
5611
168
5135.00
2012-12-15
5047
169
4820.76
2012-12-16
3786
170
4828.37
2012-12-17
4585
171
5037.53
2012-12-18
5557
172
4879.12
2012-12-19
5267
173
5107.14
2012-12-20
4128
174
5027.69
2012-12-21
3623
175
5143.48
2012-12-22
1749
176
4804.55
2012-12-23
1787
177
4812.15
2012-12-24
920
178
5021.31
2012-12-25
1013
179
4862.91
2012-12-26
441
180
5090.93
2012-12-27
2114
181
5011.48
2012-12-28
3095
182
5127.27
2012-12-29
1341
183
4887.74
2012-12-30
1796
184
4895.35
2012-12-31
2729
Gráfico utilizando la función ggplot() para darle la característica interactiva se envuelve con la función de plotly “ggplotly”:
ggplotly (ggplot (aes (x = date), data = Bicicletas_tab) +
geom_rect (xmin = as.numeric (ymd ("2012-07-01" )),
xmax = as.numeric (ymd ("2013-01-01" )),
ymin = 0 , ymax = 10000 ,
fill = "#ff4242" , color = NA , size = 0 , alpha = 0.4 ) +
annotate ("text" , x = ymd ("2011-10-01" ), y = 7800 ,
color = palette_light ()[[1 ]], label = "Entrenamiento" ) +
annotate ("text" , x = ymd ("2012-10-01" ), y = 1550 ,
color = palette_light ()[[1 ]], label = "Prueba" ) +
geom_point (aes (x = date, y = value),
alpha = 0.5 , color = palette_light ()[[1 ]]) +
# se agregan los pronósticos de prueba
geom_point (aes (x = date, y = .pred), data = pronostico_tab,
alpha = 0.5 , color = palette_light ()[[2 ]]) +
theme_tq ())
La precisión del pronóstico fuera de la muestra se puede medir con un criterio.
## # A tibble: 3 x 3
## .metric .estimator .estimate
## <chr> <chr> <dbl>
## 1 rmse standard 1437.
## 2 rsq standard 0.379
## 3 mae standard 1045.
Se pueden visualizar los residuos del conjunto de prueba. Los residuos del modelo no son perfectos, pero se puede trabajar con él. Los residuos muestran que el modelo predice baja en octubre y alta en diciembre.
Se usará el modelo para realizar un pronóstico de 6 meses utilizando las características agregadas anteriormente. Lo primero que se debe ajustar son las fechas. Se aplicará la función “tk_get_timeseries_summary()” que permite extraer las fechas de la base de datos original.
Los primeros seis parámetros son información de resumen general.
## # A tibble: 1 x 6
## n.obs start end units scale tzone
## <int> <date> <date> <chr> <chr> <chr>
## 1 731 2011-01-01 2012-12-31 days day UTC
Los segundos seis parámetros son la información de periodicidad.
## # A tibble: 1 x 6
## diff.minimum diff.q1 diff.median diff.mean diff.q3 diff.maximum
## <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
## 1 86400 86400 86400 86400 86400 86400
Por el resumen, se infiere que los datos son 100% regulares ya que la mediana y las diferencias de medias son 86400 segundos o 1 día. No se necesita alguna inspección especial cuando se usa la función “tk_make_future_timeseries ()”. En caso de que los datos fueran irregulares, lo que significa que se excluyeron los fines de semana o días festivos, si se debe realizar. De lo contrario, el pronóstico sería inexacto.
## # A tibble: 180 x 1
## date
## <date>
## 1 2013-01-01
## 2 2013-01-02
## 3 2013-01-03
## 4 2013-01-04
## 5 2013-01-05
## 6 2013-01-06
## 7 2013-01-07
## 8 2013-01-08
## 9 2013-01-09
## 10 2013-01-10
## # ... with 170 more rows
Volvemos a entrenar la especificación del modelo en el conjunto de datos completo, luego la predicción de los próximos 6 meses.
ggplotly (Bicicletas_tab %>%
ggplot (aes (x = date, y = value)) +
geom_rect (xmin = as.numeric (ymd ("2012-07-01" )),
xmax = as.numeric (ymd ("2013-01-01" )),
ymin = 0 , ymax = 10000 ,
fill = "#ff4242" , color = NA , size = 0 , alpha = 0.4 ) +
geom_rect (xmin = as.numeric (ymd ("2013-01-01" )),
xmax = as.numeric (ymd ("2013-07-01" )),
ymin = 0 , ymax = 10000 ,
fill = "#42e3ff" , color = NA , size = 0 , alpha = 0.4 ) +
annotate ("text" , x = ymd ("2011-10-01" ), y = 7800 ,
color = palette_light ()[[1 ]], label = "Entrenamiento" ) +
annotate ("text" , x = ymd ("2012-10-01" ), y = 1550 ,
color = palette_light ()[[1 ]], label = "Prueba" ) +
annotate ("text" , x = ymd ("2013-4-01" ), y = 1550 ,
color = palette_light ()[[1 ]], label = "Pronóstico") +
geom_point(alpha = 0.5, color = palette_light()[[1]]) +
# future data
geom_point(aes(x = date, y = .pred), data = pronosticos_meses_tab,
alpha = 0.5, color = palette_light()[[2]]) +
geom_smooth(aes(x = date, y = .pred), data = pronosticos_meses_tab,
method = 'loess') +
labs(title = " Bicicletas compartidas Dataset: 6 meses de pronóstico", x = "" ) +
theme_tq ())
Un pronóstico nunca es perfecto. Se necesitan conocer los intervalos de predicción para tener en cuenta la varianza de las predicciones del modelo a los datos reales. Hay varios métodos para lograr esto.
ggplotly (Bicicletas_tab %>%
ggplot (aes (x = date, y = value)) +
geom_point (alpha = 0.5 , color = palette_light ()[[1 ]]) +
geom_ribbon (aes (y = .pred, ymin = lo.95 , ymax = hi.95 ),
data = pronosticos_meses_tab,
fill = "#D5DBFF" , color = NA , size = 0 ) +
geom_ribbon (aes (y = .pred, ymin = lo.80 , ymax = hi.80 , fill = key),
data = pronosticos_meses_tab,
fill = "#596DD5" , color = NA , size = 0 , alpha = 0.8 ) +
geom_point (aes (x = date, y = .pred), data = pronosticos_meses_tab,
alpha = 0.5 , color = palette_light ()[[2 ]]) +
geom_smooth (aes (x = date, y = .pred), data = pronosticos_meses_tab,
method = 'loess' , color = "white" ) +
labs (title = "Bicicletas compartidas: 6 meses de pronóstico con intérvalos 80/95" , x = "" ) +
theme_tq ())
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Por: Jesús Benjamín ZerpaEconomista JesusZerpaEconomia@Gmail.Com
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