Предсказание ( лат. præ- , «прежде, чем» и dictum , «что-то сказанное» [1] ) или прогноз — это утверждение о будущем событии или о будущих данных . Предсказания часто, но не всегда, основаны на опыте или знаниях прогнозистов. Не существует универсального соглашения о точном различии между «предсказанием» и « оценкой »; разные авторы и дисциплины приписывают разные коннотации .
Будущие события обязательно неопределенны , поэтому гарантированно точная информация о будущем невозможна. Прогнозирование может быть полезным для помощи в составлении планов относительно возможных событий.
В нестатистическом смысле термин «прогноз» часто используется для обозначения обоснованного предположения или мнения .
Прогноз такого рода может основываться на абдуктивном мышлении , индуктивном мышлении , дедуктивном мышлении и опыте прогнозирующего человека ; и может быть полезным, если прогнозирующий человек является знающим человеком в данной области. [2]
Метод Дельфи — это метод контролируемого получения таких прогнозов на основе экспертных суждений. Этот тип прогнозирования можно рассматривать как соответствующий статистическим методам в том смысле, что, как минимум, используемые «данные» — это когнитивный опыт эксперта-предсказателя, формирующий интуитивную «кривую вероятности».
В статистике прогнозирование является частью статистического вывода . Один из подходов к такому выводу известен как прогнозирующий вывод , но прогнозирование может быть выполнено в рамках любого из нескольких подходов к статистическому выводу. Действительно, одно из возможных описаний статистики заключается в том, что она предоставляет средства передачи знаний о выборке популяции всей популяции и другим связанным популяциям, что не обязательно то же самое, что прогнозирование с течением времени. Когда информация передается во времени, часто в определенные моменты времени, этот процесс известен как прогнозирование . [3] [ неудачная проверка ] Прогнозирование обычно требует методов временных рядов , в то время как прогнозирование часто выполняется на основе перекрестных данных .
Статистические методы, используемые для прогнозирования, включают регрессию и ее различные подкатегории, такие как линейная регрессия , обобщенные линейные модели ( логистическая регрессия , регрессия Пуассона , пробит-регрессия ) и т. д. В случае прогнозирования могут использоваться модели авторегрессии скользящего среднего и модели векторной авторегрессии . Когда эти и/или связанные с ними обобщенные наборы методов регрессии или машинного обучения используются в коммерческих целях, эта область известна как предиктивная аналитика . [4]
Во многих приложениях, таких как анализ временных рядов, можно оценить модели, которые генерируют наблюдения. Если модели могут быть выражены как функции переноса или в терминах параметров пространства состояний, то можно вычислить сглаженные, отфильтрованные и предсказанные оценки данных. [ необходима цитата ] Если базовые генерирующие модели линейны, то для восстановления интересующих данных из зашумленных измерений можно использовать фильтр Калмана с минимальной дисперсией и сглаживатель с минимальной дисперсией. Эти методы основаны на предикторах на один шаг вперед (которые минимизируют дисперсию ошибки прогнозирования ). Когда генерирующие модели нелинейны, то в расширенном фильтре Калмана и сглаживающих рекурсиях можно применять пошаговые линеаризации. Однако в нелинейных случаях оптимальные гарантии производительности с минимальной дисперсией больше не применяются. [5]
Чтобы использовать регрессионный анализ для прогнозирования, собираются данные о переменной, которая должна быть предсказана, называемой зависимой переменной или переменной отклика, и об одной или нескольких переменных, значения которых, как предполагается, влияют на нее, называемых независимыми переменными или объясняющими переменными. Функциональная форма , часто линейная, выдвигается в качестве гипотезы для постулируемой причинно-следственной связи, и параметры функции оцениваются на основе данных, то есть выбираются таким образом, чтобы оптимизировать соответствие функции , таким образом параметризованной, данным. Это шаг оценки. Для шага прогнозирования значения объясняющей переменной, которые считаются релевантными будущим (или текущим, но еще не наблюдаемым) значениям зависимой переменной, вводятся в параметризованную функцию для генерации прогнозов для зависимой переменной. [6]
Непредвзятая оценка производительности модели может быть получена на контрольных наборах . Прогнозы можно визуально сравнить с истинной оценкой на графике паритета .
В науке предсказание — это строгое, часто количественное утверждение, предсказывающее, что будет наблюдаться при определенных условиях; например, согласно теориям гравитации , если яблоко упадет с дерева, оно будет двигаться к центру Земли с определенным и постоянным ускорением . Научный метод построен на проверке утверждений, которые являются логическими следствиями научных теорий. Это делается посредством повторяющихся экспериментов или наблюдательных исследований.
Научная теория , предсказания которой противоречат наблюдениям и доказательствам, будет отвергнута. Новые теории, которые генерируют много новых предсказаний, легче подтвердить или опровергнуть (см. предсказательная сила ). Понятия, которые не делают проверяемых предсказаний, обычно считаются не частью науки ( протонаука или ненаука ), пока не будут сделаны проверяемые предсказания.
Математические уравнения и модели , а также компьютерные модели часто используются для описания прошлого и будущего поведения процесса в рамках этой модели. В некоторых случаях можно предсказать вероятность результата, а не конкретный результат, например, во многих областях квантовой физики .
В микропроцессорах предсказание переходов позволяет избежать опустошения конвейера при выполнении инструкций перехода .
В машиностроении возможные виды отказов прогнозируются и избегаются путем исправления механизма отказа, вызывающего отказ.
Точное предсказание и прогнозирование очень затруднены в некоторых областях, таких как стихийные бедствия , пандемии , демография , динамика населения и метеорология . [7] Например, можно предсказать возникновение солнечных циклов , но их точное время и величину гораздо сложнее (см. рисунок справа).
В материаловедении также возможно предсказать срок службы материала с помощью математической модели. [8]
В медицинской науке предиктивные и прогностические биомаркеры могут использоваться для прогнозирования результатов лечения пациентов в ответ на различное лечение или вероятности клинического события. [9]
Традиционная наука делает полезные прогнозы, которые часто чрезвычайно надежны и точны; например, затмения предсказываются регулярно.
Новые теории делают предсказания, которые позволяют им быть опровергнутыми реальностью. Например, предсказание структуры кристаллов на атомном уровне является актуальной исследовательской задачей. [10] В начале 20-го века научный консенсус состоял в том, что существует абсолютная система отсчета , которая получила название светоносный эфир . Существование этой абсолютной системы считалось необходимым для согласованности с устоявшейся идеей о том, что скорость света постоянна. Знаменитый эксперимент Майкельсона-Морли продемонстрировал, что предсказания, выведенные из этой концепции, не подтверждаются в реальности, тем самым опровергая теорию абсолютной системы отсчета. Специальная теория относительности была предложена Эйнштейном в качестве объяснения кажущегося противоречия между постоянством скорости света и несуществованием специальной, предпочтительной или абсолютной системы отсчета.
Теорию общей теории относительности Альберта Эйнштейна было нелегко проверить, поскольку она не производила никаких эффектов, наблюдаемых в земном масштабе. Однако, как одно из первых испытаний общей теории относительности , теория предсказала, что большие массы, такие как звезды, будут искривлять свет, что противоречит общепринятой теории; это наблюдалось во время затмения 1919 года.
Предиктивная медицина — это область медицины , которая занимается прогнозированием вероятности заболевания и принятием профилактических мер с целью либо полного предотвращения заболевания, либо значительного снижения его воздействия на пациента (например, путем предотвращения смертности или ограничения заболеваемости ). [11]
Хотя существуют различные методологии прогнозирования, такие как геномика , протеомика и цитомика , наиболее фундаментальный способ прогнозирования будущих заболеваний основан на генетике. Хотя протеомика и цитомика позволяют выявлять заболевания на ранней стадии, в большинстве случаев они обнаруживают биологические маркеры , которые существуют, поскольку процесс заболевания уже начался. Однако комплексное генетическое тестирование (например, с использованием ДНК-массивов или полного секвенирования генома ) позволяет оценить риск заболевания за годы или десятилетия до того, как какое-либо заболевание вообще возникнет, или даже определить, подвержен ли здоровый плод более высокому риску развития заболевания в подростковом или взрослом возрасте. Людям, которые в будущем будут более восприимчивы к заболеваниям, можно предложить советы по образу жизни или лекарства с целью предотвращения прогнозируемого заболевания.
Текущие рекомендации по генетическому тестированию, поддерживаемые специалистами в области здравоохранения, не поощряют чисто прогностическое генетическое тестирование несовершеннолетних до тех пор, пока они не будут достаточно компетентны, чтобы понимать значимость генетического скрининга, чтобы иметь возможность участвовать в принятии решения о том, подходит ли он им или нет. [12] Генетический скрининг новорожденных и детей в области прогностической медицины считается целесообразным, если для этого есть веские клинические основания, такие как доступность профилактики или лечения в детстве, которые предотвратят будущие заболевания.Прогноз ( греч . πρόγνωσις «предвидение, предвидение»; мн. ч .: prognoses) — медицинский термин для прогнозирования вероятности или ожидаемого развития заболевания, включая то, улучшатся ли признаки и симптомы (и как быстро) или останутся стабильными с течением времени; ожидания относительно качества жизни, такие как способность выполнять повседневные действия; потенциальные осложнения и связанные с ними проблемы со здоровьем; и вероятность выживания (включая ожидаемую продолжительность жизни). [13] [14] Прогноз делается на основе нормального течения диагностированного заболевания, физического и психического состояния человека, доступных методов лечения и дополнительных факторов. [14] Полный прогноз включает ожидаемую продолжительность, функцию и описание течения заболевания, такие как прогрессирующее ухудшение, прерывистый кризис или внезапный непредсказуемый кризис. [15]
При применении к большим статистическим группам населения прогностические оценки могут быть очень точными: например, утверждение «45% пациентов с тяжелым септическим шоком умрут в течение 28 дней» можно сделать с некоторой уверенностью, поскольку предыдущие исследования показали, что эта доля пациентов умерла. Эта статистическая информация не применима к прогнозу для каждого отдельного пациента, поскольку факторы, специфичные для пациента, могут существенно изменить ожидаемое течение болезни: необходима дополнительная информация, чтобы определить, принадлежит ли пациент к 45%, которые умрут, или к 55%, которые выживут. [16]Правило клинического прогнозирования или оценка клинической вероятности определяет, как использовать медицинские признаки , симптомы и другие данные для оценки вероятности конкретного заболевания или клинического исхода. [17]
Врачи испытывают трудности с оценкой рисков заболеваний; часто они склонны переоценивать их [18] , возможно, из-за когнитивных предубеждений, таких как ошибка базовой ставки , при которой риск неблагоприятного исхода преувеличивается.
Математические модели поведения фондового рынка (и экономического поведения в целом) также ненадежны в прогнозировании будущего поведения. Среди прочих причин это связано с тем, что экономические события могут длиться несколько лет, а мир меняется в течение аналогичного периода времени, тем самым сводя на нет значимость прошлых наблюдений для настоящего. Таким образом, существует крайне малое количество (порядка 1) соответствующих точек прошлых данных, из которых можно спрогнозировать будущее. Кроме того, обычно считается, что цены на фондовом рынке уже учитывают всю доступную информацию для прогнозирования будущего, и последующие движения, следовательно, должны быть результатом непредвиденных событий. Следовательно, инвестору на фондовом рынке крайне сложно предвидеть или предсказать бум на фондовом рынке или крах на фондовом рынке . В отличие от прогнозирования фактической доходности акций, прогнозирование общих экономических тенденций , как правило, имеет большую точность. Такой анализ предоставляется как некоммерческими группами, так и коммерческими частными учреждениями. [ необходима цитата ]
Была обнаружена некоторая корреляция между фактическими движениями фондового рынка и прогнозируемыми данными, полученными от больших групп в ходе опросов и игр-прогнозирований.
Актуарий использует актуарную науку для оценки и прогнозирования будущих бизнес- рисков , чтобы риск(и) можно было смягчить . Например, в страховании актуарий будет использовать таблицу смертности (которая включает в себя исторический опыт показателей смертности и иногда оценку будущих тенденций) для прогнозирования продолжительности жизни .
Прогнозирование результатов спортивных событий — бизнес, популярность которого возросла в последние годы. Гандикаперы предсказывают результаты игр, используя различные математические формулы, имитационные модели или качественный анализ . Считалось, что ранние известные игроки на спорт, такие как Джимми Грек , имели доступ к информации, которая давала им преимущество. Информация варьировалась от личных проблем, таких как азартные игры или пьянство, до нераскрытых травм; все, что может повлиять на выступление игрока на поле.
В последнее время изменился способ прогнозирования спортивных результатов. Прогнозы теперь обычно состоят из двух различных подходов: ситуативные игры и статистические модели. Ситуативные игры гораздо сложнее измерить, потому что они обычно включают мотивацию команды. Дэн Гордон, известный гандикапер, написал: «Без эмоционального преимущества в игре в дополнение к ценности линии, я не буду ставить на нее свои деньги». [19] Эти типы игр включают в себя: ставки на аутсайдера хозяев, ставки против победителей Monday Night, если они являются фаворитами на следующей неделе, ставки на аутсайдера в играх «наперед» и т. д. По мере того, как ситуативные игры становятся все более широко известными, они становятся менее полезными, потому что они повлияют на способ установки линии.
Широкое использование технологий принесло с собой более современные системы ставок на спорт . Эти системы, как правило, представляют собой алгоритмы и имитационные модели, основанные на регрессионном анализе . Джефф Сагарин , спортивный статистик, привлек внимание к спорту, опубликовав результаты своих моделей в USA Today. В настоящее время ему платит Dallas Mavericks за его консультации по составу игроков и использование его системы Winval, которая оценивает свободных агентов. Брайан Берк , бывший летчик-истребитель ВМС , ставший спортивным статистиком, опубликовал свои результаты использования регрессионного анализа для прогнозирования результатов игр НФЛ. [20] Кен Померой широко признан ведущим авторитетом в области статистики студенческого баскетбола. На его веб-сайте размещены его рейтинги студенческого баскетбола, система статистики, основанная на темпе. Некоторые статистики стали очень известны благодаря успешным системам прогнозирования. Дэр писал: «эффективные коэффициенты для ставок на спорт и скачек являются прямым результатом человеческих решений и, следовательно, могут потенциально демонстрировать постоянную ошибку». [21] В отличие от других игр, предлагаемых в казино, прогнозы в спортивных событиях могут быть как логичными, так и последовательными.
Другие более продвинутые модели включают модели, основанные на байесовских сетях, которые являются причинно-вероятностными моделями, обычно используемыми для анализа рисков и поддержки принятия решений. На основе этого вида математического моделирования Константину и др. [22] [23] разработали модели для прогнозирования результатов матчей по американскому футболу. [24] Что делает эти модели интересными, так это то, что, помимо учета соответствующих исторических данных, они также включают все эти неопределенные субъективные факторы, такие как доступность ключевых игроков, усталость команды, мотивация команды и так далее. Они предоставляют пользователю возможность включать свои лучшие догадки о вещах, по которым нет доступных твердых фактов. Затем эта дополнительная информация объединяется с историческими фактами, чтобы предоставить пересмотренный прогноз для будущих результатов матчей. Первоначальные результаты, основанные на этих методах моделирования, обнадеживают, поскольку они продемонстрировали постоянную прибыльность по сравнению с опубликованными рыночными коэффициентами.
В настоящее время ставки на спорт — это огромный бизнес; существует множество веб-сайтов (систем) наряду с сайтами ставок, которые дают советы или прогнозы на будущие игры. [25] Некоторые из этих сайтов прогнозирования (советчики) основаны на человеческих прогнозах, но другие — на компьютерном программном обеспечении, иногда называемом роботами прогнозирования или ботами. Боты прогнозирования могут использовать разный объем данных и алгоритмов, и из-за этого их точность может различаться.
В наши дни, с развитием искусственного интеллекта, стало возможным создавать более последовательные прогнозы с использованием статистики. Особенно в области спортивных соревнований, влияние искусственного интеллекта создало заметный уровень последовательности. В науке футбольных прогнозов ИИ инициатива под названием soccerseer.com, одна из самых успешных систем в этом смысле, умудряется предсказывать результаты футбольных соревнований с точностью до 75% с помощью искусственного интеллекта.
Прогнозирование в неэкономических социальных науках отличается от естественных наук и включает в себя множество альтернативных методов, таких как прогнозирование тренда, прогнозирование, построение сценария и опросы Дельфи. Нефтяная компания Shell особенно известна своей деятельностью по построению сценария. [ необходима цитата ]
Одной из причин особенности общественного прогнозирования является то, что в социальных науках «предсказатели являются частью социального контекста, относительно которого они пытаются сделать прогноз, и могут влиять на этот контекст в процессе». [26] Как следствие, общественные прогнозы могут стать саморазрушающимися. Например, прогноз о том, что большой процент населения заразится ВИЧ, основанный на существующих тенденциях, может заставить больше людей избегать рискованного поведения и, таким образом, снизить уровень заражения ВИЧ, делая прогноз недействительным (который мог бы остаться верным, если бы он не был публично известен). Или прогноз о том, что кибербезопасность станет серьезной проблемой, может заставить организации внедрить больше мер безопасности кибербезопасности, тем самым ограничивая проблему. [26]
В политике принято пытаться предсказать исход выборов с помощью методов политического прогнозирования (или оценить популярность политиков ) с помощью опросов общественного мнения . Многие корпорации и правительства использовали игры-прогнозы, чтобы узнать о наиболее вероятном исходе будущих событий.
Предсказания часто делались, с древности и до наших дней, с использованием паранормальных или сверхъестественных средств, таких как пророчество или наблюдение за предзнаменованиями . Методы, включая гадание на воде , астрологию , нумерологию , гадание , толкование снов и многие другие формы гадания , использовались на протяжении тысячелетий, чтобы попытаться предсказать будущее. Эти способы предсказания не были доказаны научными экспериментами.
В литературе видение и пророчество являются литературными приемами, используемыми для представления возможной временной шкалы будущих событий. Их можно отличить по видению, относящемуся к тому, что человек видит происходящим. Таким образом, книга Откровения в Новом Завете использует видение как литературный прием в этом отношении. Это также пророчество или пророческая литература, когда она передается человеком в проповеди или другом публичном форуме.
Гадание — это попытка получить представление о вопросе или ситуации посредством оккультного стандартизированного процесса или ритуала. [27] Это неотъемлемая часть колдовства, которая использовалась в различных формах на протяжении тысяч лет. Гадатели выясняют свои интерпретации того, как кверент должен действовать, читая знаки, события или предзнаменования , или через предполагаемый контакт со сверхъестественным агентом, чаще всего описываемым как ангел или бог, хотя христиане и иудеи рассматривают его как падшего ангела или демона. [28]
В художественной литературе (особенно фэнтези, прогнозировании и научной фантастике) часто встречаются примеры предсказаний, достигнутых нетрадиционными способами. В научной фантастике прошлого предсказывались различные современные технологии .
В фэнтезийной литературе предсказания часто получаются с помощью магии или пророчества , иногда отсылая к старым традициям. Например, в «Властелине колец » Дж. Р. Р. Толкина многие персонажи обладают осознанием событий, простирающихся в будущее, иногда как пророчества, иногда как более или менее смутные «чувства». Персонаж Галадриэль , кроме того, использует водное «зеркало», чтобы показывать образы, иногда возможных будущих событий.
В некоторых рассказах Филипа К. Дика мутанты-люди, называемые провидцами, могут предвидеть будущее (от нескольких дней до нескольких лет). В рассказе под названием «Золотой человек » исключительный мутант может предсказывать будущее на неопределенный срок (предположительно, до своей смерти), и таким образом становится полностью нечеловеческим , животным, которое автоматически следует предсказанным путям. Провидцы также играют важную роль в другом рассказе Дика, «Особое мнение» , который был экранизирован Стивеном Спилбергом в 2002 году.
В серии «Основание» Айзека Азимова математик обнаруживает, что исторические события (до некоторой степени) можно теоретически смоделировать с помощью уравнений, а затем тратит годы на то, чтобы применить эту теорию на практике. Новая наука психоистория, основанная на его успехе, может моделировать историю и экстраполировать настоящее в будущее.
В продолжениях « Дюны » 1965 года Фрэнка Герберта его персонажи сталкиваются с последствиями способности видеть возможные варианты будущего и выбирать среди них. Герберт видит в этом ловушку застоя, и его персонажи следуют так называемому « Золотому пути » из ловушки.
В произведении Урсулы К. Ле Гуин « Левая рука тьмы » гуманоидные обитатели планеты Гетен овладели искусством пророчества и регулярно предоставляют данные о прошлых, настоящих или будущих событиях по запросу. В этой истории это был второстепенный сюжетный ход.
Для древних предсказание, пророчество и поэзия часто переплетались. [29] Пророчества давались в стихах, а слово, обозначающее поэта на латыни, — «vates» или пророк. [29] И поэты, и пророки утверждали, что их вдохновляли внешние силы. В современных культурах теологическое откровение и поэзия обычно рассматриваются как отдельные и часто даже как противостоящие друг другу. Тем не менее, эти два понятия часто понимаются вместе как симбиотические по своему происхождению, целям и задачам. [30]
