公众号：川川菜鸟

  题目背景明确，本题是烟草营销。直接来看题目

一、问题一

1.1 问题

对未来销量进行预测：使用历史销售数据构建2个不同类型的时间序列预测模型，分别对A1、A2香烟品牌的未来销量进行数据预测，目标为表中最后空白项。自行选择和设计模型类型、参数、结构。

1.2 模型

时序预测模型LSTM、ARIMA等；传统预测模型：随机森林、支持向量机等。

1.3 目标

对A1和A2数据集中销量数据进行预测。

1.4 思路

①对样本进行缺失值、异常值探究
②进行特征工程：从原有特征生成新交互特征
③构建模型:LSTM、ARIMA、随机森林、支持向量机等模型
④调参：贝叶斯搜索、随机搜索、网格搜索等
⑤训练集划分：留出法、K折交叉验证、K折随机交叉验证等。
下面给出一个简易版可完全实现的思路：

1.4.1 样本探究

• 对A1：共137个样本，已知标签的有117个，未知标签的有20个。表面上是117预测20的问题。数据集大小为中等，可尝试采用长期预测。
• 对A2：共108个样本，已知标签的有98个，未知标签的有10个。表面上是98预测10的问题。数据集大小为中等。可尝试采用长期预测。

1.4.2 数据集特性探究：

• 数据特性：时间序列数据。每一年12个样本，即为月份数据，比如201101-201112。
• 样品代码，名称为冗余信息，销量为预测目标。既可以单列预测，也可以考虑金额，生成新特征如价格。

1.4.3 数据预处理

• 缺失值：观察A1数据集，销量那一列，没有缺失值。观察A2数据集，销量一列表面上没有缺失值，但实际上存在部分月份数据确实的情况，需要认为补齐，可采用均值预测、灰色预测、马尔可夫预测等，填补缺失值。
  

• 异常值：这里采用箱型图剔除异常值的方法，对异常数据进行剔除。

• 特征工程：还可采用特征工程，提取日期特征（如月份、季度等）、进行时间序列分解（如趋势、季节性和残差）等。

1.4.4 数据趋势可视化

  为确保异常值剔除有效，及对后续数据进行预测。可展示折线图进行观察。
  发现异常值剔除有效，且数据蕴含周期性。

1.4.5 ARIMA和LSTM两种预测模型

  由于题目要求两种类型的预测模型，这里采用ARIMA时间序列分析和LSTM（长短期记忆网络）销量预测。

1.4.6 参数调整

  ARIMA模型有三个主要参数：p（自回归阶数）、d（差分阶数）、q（移动平均阶数）。参数可使用网格搜索、随机搜索、贝叶斯搜索等方法调整。建议先用贝叶斯搜索试试，网格搜索可以得到非常好的结果，但消耗时间太大。随机搜索方法最后。
  LSTM模型有多个超参数需要调整，如隐藏层数、隐藏单元数、批次大小、学习率、训练轮数等。参数可使用网格搜索、随机搜索、贝叶斯搜索等调整。建议先用贝叶斯搜索试试，网格搜索可以得到非常好的结果，但消耗时间太大。随机搜索方法最后。

二、问题二

2.1 问题

对销售金额进行预测：使用历史销售数据构建2个不同类型的时间序列预测模型，分别对A3、A4香烟品牌的销售金额进行数据预测，目标为表中最后空白项。自行选择和设计模型类型、参数、结构

2.2 模型

时序预测模型LSTM、ARIMA等；传统预测模型：随机森林、支持向量机等。

2.3 目标

对A3和A4数据集中销量数据进行预测。

2.4 思路

①对样本进行缺失值、异常值探究
②进行特征工程：从原有特征生成新交互特征
③构建模型:LSTM、ARIMA、随机森林、支持向量机等模型
④调参：贝叶斯搜索、随机搜索、网格搜索等
⑤训练集划分：留出法、K折交叉验证、K折随机交叉验证等。
下面给出一个简易版可完全实现的思路：

2.4.1 样本探究

• 对A3：共109个样本，已知标签的有99个，未知标签的有10个。表面上是99预测10的问题。数据集大小为中等，可考虑长期预测。
• 对A4：共135个样本，已知标签的有123个，未知标签的有12个。表面上是123预测12的问题。数据集大小为中等，可考虑长期预测。

2.4.2 数据集特性探究

• 数据特性：时间序列数据。每一年12个样本，即为月份数据，比如201101-201112。
• 样品代码，名称为冗余信息，金额为预测目标，可考虑融合销量，生成新特征如价格。

2.4.3 数据预处理

• 缺失值：观察A3数据集，月份那一列，表面上没有缺失值。但实际上存在一年中部分金额数据缺失的情况，例如2020年12月就没有数据，需要人为补齐。可采用均值填充或者灰色预测、马尔科夫预测等短期预测方法。对A4也可以进行同样操作。
  

• 异常值：这里采用箱型图剔除异常值的方法，对异常数据进行剔除。
  特征工程：还可采用特征工程，提取日期特征（如月份、季度等）、进行时间序列分解（如趋势、季节性和残差）等。

2.4.4 数据趋势可视化

  为确保异常值剔除有效，及对后续数据进行预测。可绘制折线图进行观察。
  发现异常值剔除有效，且数据蕴含周期性。

2.4.5 两种预测模型

  由于题目要求两种类型的预测模型，这里还可以采用ARIMA时间序列分析和LSTM（长短期记忆网络）销量预测。也可以采用一些传统机器学习的模型，如随机森林、梯度提升树、支持向量机等进行预测。

2.4.6 参数调整

  这里我们可以复用第一问的模型，也可以采用新的方法。这里我采用的是第一问的模型，因为时序数据后续趋势依赖时间。
  ARIMA模型有三个主要参数：p（自回归阶数）、d（差分阶数）、q（移动平均阶数）。参数可使用网格搜索、随机搜索、贝叶斯搜索等方法调整。建议先用贝叶斯搜索试试，网格搜索可以得到非常好的结果，但消耗时间太大。随机搜索方法最后。
  LSTM模型有多个超参数需要调整，如隐藏层数、隐藏单元数、批次大小、学习率、训练轮数等。参数可使用网格搜索、随机搜索、贝叶斯搜索等调整。建议先用贝叶斯搜索试试，网格搜索可以得到非常好的结果，但消耗时间太大。随机搜索方法最后。

三、采用集成模型对A5进行预测

3.1 问题

集成学习：分别对销量及销售金额预测模型的基础上，构建集成学习模型，实现对A5香烟品牌的销量和销售金额的联合预测。集成学习模型不局限于上述问题中建立的模型，可新增，以最终性能为评判标准。

3.2 模型

使用前述预测模型的结果作为输入，Bagging、Boosting、Stacking模型

3.3 目标

实现对A5品牌的销量和销售金额的联合预测。

3.4 思路

使用前述预测模型的结果作为输入，比如LSTM和ARIMA，构建集成学习模型，采用多种集成方法（如Bagging、Boosting、Stacking）提升预测性能。

四、一点想说的

4.1 数据集的划分

一般采用留出法。如想出彩，可采用k折交叉验证、随机k折交叉验证等方法。

4.2 准确性的衡量

因为是定量的预测，因此可采用准确率MSE,RMSE等进行评价。

4.3 特征选择

除了题目给出的数据，最好生成新特征，比如价格（金额/销量）预测。这样才能最大程度的融合信息，预测准确。

4.4 模型选择

ARIMA、LSTM、随机森林、支持向量机等是最基础的模型。考虑更新的模型，如季节性分解模型（如SARIMA）。