Comprehensive Review of Neural Network-Based Prediction Intervals and New Advances

计算机科学 人工神经网络 重复性 贝叶斯概率 数据挖掘 选择(遗传算法) 缩小 机器学习 人工智能 统计 数学 程序设计语言
作者
Abbas Khosravi,Saeid Nahavandi,Douglas Creighton,Amir F. Atiya
出处
期刊:IEEE Transactions on Neural Networks [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:22 (9): 1341-1356 被引量:631
标识
DOI:10.1109/tnn.2011.2162110
摘要

This paper evaluates the four leading techniques proposed in the literature for construction of prediction intervals (PIs) for neural network point forecasts. The delta, Bayesian, bootstrap, and mean-variance estimation (MVE) methods are reviewed and their performance for generating high-quality PIs is compared. PI-based measures are proposed and applied for the objective and quantitative assessment of each method's performance. A selection of 12 synthetic and real-world case studies is used to examine each method's performance for PI construction. The comparison is performed on the basis of the quality of generated PIs, the repeatability of the results, the computational requirements and the PIs variability with regard to the data uncertainty. The obtained results in this paper indicate that: 1) the delta and Bayesian methods are the best in terms of quality and repeatability, and 2) the MVE and bootstrap methods are the best in terms of low computational load and the width variability of PIs. This paper also introduces the concept of combinations of PIs, and proposes a new method for generating combined PIs using the traditional PIs. Genetic algorithm is applied for adjusting the combiner parameters through minimization of a PI-based cost function subject to two sets of restrictions. It is shown that the quality of PIs produced by the combiners is dramatically better than the quality of PIs obtained from each individual method.
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