基于深度學習玉米和大豆期貨價格智能預測的科研進展

玉米和大豆為同季旱糧作物,生長周期相同,幾年出現(xiàn)了間作套種技術,造成兩種作物“爭地”矛盾突出,成熟期接近,這就為期貨、現(xiàn)貨的金融市場造成了風口。
玉米大豆作為常見農作物,其生育進程所需的溫、光、水盡可能與最佳季節(jié)同步,是高產(chǎn)的前提。當氣溫穩(wěn)定通過10℃時(85%以上概率),土壤含水量達到田間持水量65-70%。受到天氣影響其產(chǎn)量與價格存在波動。

掌握玉米和大豆兩者的價格是必要的,其期貨價格分析和預測,對種植結構調整和,農戶作物品種選擇均具有重要意義。相較于現(xiàn)貨,農產(chǎn)品期貨價格具有價格發(fā)現(xiàn)功能。針對玉米大豆的期貨預測,中國科學院自動化研究所與中國科學院大學等機構,展開了跨越復雜系統(tǒng)管理與控制、人工智能、智能化技術與系統(tǒng)工程等學科的研究。
該研究從分析玉米和大豆期貨價格的相關性,通過相關性計算和格蘭杰因果(基于預測的因果關系統(tǒng)計概念)檢驗,確定玉米和大豆期貨具有較強的正向相關性,且大豆期貨價格是玉米期貨價格的格蘭杰原因。

再次,基于長短時記憶(長短期記憶,是RNN的一種)模型對玉米和大豆期貨價格進行預測,并引入注意力機制對期貨價格預測模型進行優(yōu)化。
對比結果表明,與差分整合移動平均自回歸模型(整合移動平均自回歸模型(移動也可稱作滑動),是時間序列預測分析方法之一)和支持向量回歸模型(將支持向量機的思想推廣到回歸問題中)相比,LSTM模型在各項指標中均為更優(yōu),而與單一的LSTM模型相比,加入Attention機制的Attention-LSTM模型在各項指標中均更優(yōu)。

其中,玉米和大豆期貨預測結果的平均絕對誤差(所有單個觀測值與算術平均值的偏差的絕對值的平均)分別提升3.8%和3.3%,均方根誤差(即標準誤差)分別提升0.6%和1.8%,平均絕對百分誤差(平均絕對百分比誤差,一種相對度量)分別提升4.8%和2.9%,證明了Attention機制的加入可以幫助模型提取有效信息,提升性能。
最后,使用LSTM模型結合大豆期貨歷史價格共同預測玉米期貨價格,MAE提升了6.9%、RMSE提升了1.1%、MAPE提升了5.3%。
該項研究基于深度學習,科學提升了大豆和玉米期貨價格預測精度,且結合相關農產(chǎn)品期貨價格數(shù)據(jù),可以提升單個農產(chǎn)品期貨模型的預測性能。