Improving time series forecasting by applying the sliding window approach

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Our primary research involves forecasting the IT job market, where we study trends, residuals, and seasonalities. In this study, we focus on the impact of the sliding window technique on forecasting models. The sliding window approach in the machine learning process is aimed at enhancing the accuracy of the forecasting models. It involves partitioning the continuous time series into subsets of consecutive and overlapping periods, which enables the models to track temporal characteristics effectively. The experiment is carried out on various algorithms and integrated with the sliding window. The technique allows flexibility for models to adapt to changes in the data dynamics, which greatly reduces the errors in forecasting. The study shows that sliding window methods are quite useful for building dependable and adaptive forecasting models. LSTM, ARIMA, SARIMA, and Holt’s Model were used in this experiment with a dataset of 1 048 576 job rows with job-related information. Metrics such as MSE, RMSE, and MAE were used to test the models. LSTM was found to be the most efficient because of its capability to learn complicated patterns and long-term dependencies, and showed model improvement of 0.248 on MAE, 2.649 on MSE, and 0.162 on RMSE when the sliding window was applied.

Толық мәтін

##article.viewOnOriginalSite##

Авторлар туралы

Rebeccah Ndungi

St. Petersburg State University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: Rebeccahndungi94@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0389-9758
Scopus Author ID: 58106191000
ResearcherId: rid66654

postgraduate student, Faculty of Mathematics and Computer Science

Ресей, Saint Petersburg

Ivan Blekanov

St. Petersburg State University

Email: I.blekanov@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7305-1429
SPIN-код: 7473-1900
Scopus Author ID: 56149559700
ResearcherId: G-8844-2015

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor; Head, Department of Programming Technology

Ресей, Saint Petersburg

Әдебиет тізімі

  1. Alsharef A., Aggarwal K., Garg S. et al. Review of ML and AutoML solutions to forecast time-series data. Archives of Computational Methods in Engineering. 2022. Vol. 29. No. 7. Pp. 5297–5311. doi: 10.1007/S11831-022-09765-0/METRICS.
  2. Fatima S.S.W., Rahimi A. A Review of time-series forecasting algorithms for industrial manufacturing systems. Machines. 2024. Vol. 12. No. 6. P. 380. doi: 10.3390/MACHINES12060380.
  3. Itzhak N., Jaroszewicz S., Moskovitch R. Temporal ensemble of multiple patterns’ instances for continuous prediction of events. Mach. Learn. 2025. Vol. 114. No. 5. Pp. 1–42. doi: 10.1007/S10994-025-06756-7/FIGURES/16.
  4. Christensen H.B., Hail L., Leuz C. Mandatory CSR and sustainability reporting: Economic analysis and literature review. Review of Accounting Studies. 2021. Vol. 26. No. 3. Pp. 1176–1248. doi: 10.1007/S11142-021-09609-5.
  5. Kontopoulou V.I., Panagopoulos A.D., Kakkos I., Matsopoulos G.K. A review of ARIMA vs. machine learning approaches for time series forecasting in data driven networks. Future Internet. 2023. Vol. 15. No. 8. P. 255. doi: 10.3390/FI15080255.
  6. Forecasting labor and skill demand by sector and occupation. In 2 vols. Vol. 1: Case studies and guidance. URL: https://documents.worldbank.org/en/publication/documents-reports/documentdetail/251591531754581450/case-studies-and-guidance (data of accesses: 19.04.2025).
  7. Yurtsever M. Unemployment rate forecasting: LSTM-GRU hybrid approach. J. Labour. Mark. Res. 2023. Vol. 57. No. 1. Pp. 1–9. doi: 10.1186/S12651-023-00345-8/FIGURES/5.
  8. Vorobev A.V., Kudinov V.A. The importance of forecasting in industrial enterprise management using machine learning. Scientific and Technical Information Processing. 2022. Vol. 49. No. 5. Pp. 393–398. doi: 10.3103/S0147688222050173.
  9. Hewamalage H., Ackermann K., Bergmeir C. Forecast evaluation for data scientists: Common pitfalls and best practices. Data Min Knowl Discov. 2023. Vol. 37. No. 2. Pp. 788–832. doi: 10.1007/S10618-022-00894-5/FIGURES/14.
  10. Lukats D., Zielinski O., Hahn A., Stahl F. A benchmark and survey of fully unsupervised concept drift detectors on real-world data streams. Int. J. Data Sci. Anal. 2024. Vol. 19. No. 1. Pp. 1–31. doi: 10.1007/S41060-024-00620-Y/FIGURES/13.
  11. Zhang J., Zeng Y., Starly B. Recurrent neural networks with long-term temporal dependencies in machine tool wear diagnosis and prognosis. SN Appl. Sci. 2021. Vol. 3. No. 4. Pp. 1–13.. doi: 10.1007/S42452-021-04427-5/FIGURES/7.
  12. Hyndman R.J., Khandakar Y. Automatic time series forecasting: The forecast package for R. J. Stat. Softw. 2008. Vol. 27. No. 3. Pp. 1–22. doi: 10.18637/JSS.V027.I03.
  13. Forecasting: Principles and practice. 3rd ed. Accessed: Nov. 14, 2024. URL: https://otexts.com/fpp3/ (data of accesses: 14.11.2024).
  14. Fokianos K., Fried R. Interventions in log-linear Poisson autoregression. Statistical Modelling. 2012. Vol. 12. No. 4. Pp. 299–322. doi: 10.1177/1471082X1201200401.
  15. Zhang G., Patuwo B.E., Hu M.Y. Forecasting with artificial neural networks: The state of the art. Int. J. Forecast. 1998. Vol. 14. No. 1. Pp. 35–62. doi: 10.1016/S0169-2070(97)00044-7.
  16. Vafaeipour M., Rahbari O., Rosen M.A. et al. Application of sliding window technique for prediction of wind velocity time series. International Journal of Energy and Environmental Engineering. 2014. Vol. 5. No. 2–3. Pp. 1–7. doi: 10.1007/S40095-014-0105-5/FIGURES/7.
  17. Chen Y., Fan X., Huang R. et al. Choose an item. Artificial intelligence/machine learning technology in power system applications. 2024. URL: www.osti.gov (data of accesses: 19.04.2025).
  18. Bressane A., Garcia A.J. da S., de Castro M.V. et al. Fuzzy machine learning applications in environmental engineering: Does the ability to deal with uncertainty matter? Sustainability. 2024. Vol. 16. No. 11. P. 4525. doi: 10.3390/SU16114525.
  19. Wu J.M.T., Li Z., Herencsar N. et al. A graph-based CNN-LSTM stock price prediction algorithm with leading indicators. Multimed. Syst. 2023. Vol. 29. No. 3. Pp. 1751–1770. doi: 10.1007/S00530-021-00758-W/TABLES/15.
  20. Tao Z., Xu Q., Liu X., Liu J. An integrated approach implementing sliding window and DTW distance for time series forecasting tasks. Applied Intelligence. 2023. Vol. 53. No. 17. Pp. 20614–20625. doi: 10.1007/S10489-023-04590-9/METRICS.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
2. Fig. 1. The architectural pipeline

Жүктеу (80KB)
3. Fig. 2. Trend (a), seasonality (b), residuals (c)

Жүктеу (388KB)


Лицензия сипаттамасына сілтеме: https://www.urvak.ru/contacts/

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».