季节性分解技术是用于将时间序列分解为不同组成部分(通常是趋势、季节性和残差)的方法。 目标是隔离数据中的模式和波动,以便更好地理解底层结构。 两种主要的分解模型是加法模型和乘法模型。 在加法模型中,各个分量被加在一起(例如,观测值 = 趋势 + 季节性 + 残差),这在季节性变化随时间相对恒定时效果良好。 乘法模型,其中各分量相乘(观测值 = 趋势 × 季节性 × 残差),更适合于季节性波动随着趋势增大或缩小时的情况。 例如,零售销售数据可能显示稳步上升的趋势(例如,年度增长),以及假期期间的周期性高峰(季节性)和随机噪声(残差)。
分解过程通常从估计趋势开始,通常通过移动平均线等平滑方法。 一旦消除了趋势,就可以通过对相似周期内的值进行平均来识别季节性模式(例如,年度季节性的月平均值)。 残差是在减去(或在乘法情况下为除以)趋势和季节性分量后剩余的部分。 Python 的 statsmodels
库等工具使用 seasonal_decompose()
等函数自动执行此操作。 例如,使用每月用电量的数据集,您可以应用加法分解来将长期使用趋势(如人口增长导致的需求增加)与季节性影响(夏季空调使用量较高)分开。 然后,残差可以揭示异常情况,例如极端天气事件导致的意外峰值。
虽然季节性分解被广泛使用,但它也有局限性。 它假设固定的季节性模式,这可能不适用于季节性演变的数据(例如,消费者行为的变化)。 此外,分解方法难以处理缺失数据或不规则的时间间隔。 尽管存在这些限制,分解对于探索性分析、预测(例如,使用趋势来告知 ARIMA 等模型)和异常检测都很有价值。 例如,在电子商务中,分解每日销售数据可以帮助区分真正的增长趋势和假期驱动的高峰,从而实现更好的库存计划。 开发人员应通过残差的视觉检查和领域知识来验证分解假设(如加法与乘法),以确保有意义的结果。