【Python时序预测系列】基于Holt-Winters方法实现单变量时间序列预测（源码）

一、引言

Holt-Winters是一种经典的时序序列预测方法，用于对具有季节性和趋势性的数据进行预测。在这种方法中，使用三个组件来建模时序数据：趋势（Trend）、季节性（Seasonality）和残差（Residual）。

本文以"国际航空乘客"数据集为例，数据集包含了1949年到1960年每个月的国际航空乘客数量。将使用Holt-Winters方法进行预测。

二、实现过程

导入相关的库

import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')
import pandas as pd
from statsmodels.tsa.holtwinters import ExponentialSmoothing
import matplotlib.pyplot as plt

2.1 读取数据集

# 读取数据集
data = pd.read_csv('data.csv')
# 将日期列转换为日期时间类型
data['Month'] = pd.to_datetime(data['Month'])
# 将日期列设置为索引
data.set_index('Month',?inplace=True)

data：

2.2 划分数据集

# 拆分数据集为训练集和测试集
train_data = data.iloc[:-12]
test_data = data.iloc[-12:]

# 绘制训练集和测试集的折线图
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(train_data, label='Training Data')
plt.plot(test_data, label='Testing Data')
plt.xlabel('Year')
plt.ylabel('Passenger Count')
plt.title('International Airline Passengers - Training and Testing Data')
plt.legend()
plt.show()

训练集和测试集：

2.3 建立模拟合模型进行预测

# 拟合Holt-Winters模型
model = ExponentialSmoothing(train_data, trend="add", seasonal="add", seasonal_periods=12)
model_fit = model.fit()
# 进行预测
predictions = model_fit.predict(start=test_data.index[0], end=test_data.index[-1])

predictions：

2.4 预测效果展示

# 绘制测试集预测结果的折线图
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(test_data.index, test_data, label='Actual')
plt.plot(predictions.index, predictions, label='Predicted')
plt.xlabel('Month')
plt.ylabel('Passengers')
plt.title('Actual vs Predicted')
plt.legend()
plt.show()

测试集真实值与预测值：

# 绘制原始数据、训练集预测结果和测试集预测结果的折线图
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(data, label='Actual')
plt.plot(train_data.index, model_fit.fittedvalues, label='Training Predictions')
plt.plot(test_data.index, predictions, label='Testing Predictions')
plt.xlabel('Year')
plt.ylabel('Passenger Count')
plt.title('International Airline Passengers - Actual vs Predicted')
plt.legend()
plt.show()

原始数据、训练集预测结果和测试集预测结果：

作者简介：

读研期间发表6篇SCI数据挖掘相关论文，现在某研究院从事数据算法相关科研工作，结合自身科研实践经历不定期分享关于Python、机器学习、深度学习、人工智能系列基础知识与应用案例。致力于只做原创，以最简单的方式理解和学习，关注我一起交流成长。需要数据集和源码的小伙伴可以关注底部公众号添加作者微信！