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Título: Comparação entre modelos Box & Jenkins, suavização e ensembles: um estudo para previsão do preço do petróleo bruto WTI
Título(s) alternativo(s): Comparison between Box & Jenkins, smoothing and ensembles models: a study for forecasting the price of WTI crude oil
Autor(es): Santos, João Lucas Ferreira dos
Orientador(es): Siqueira, Hugo Valadares
Palavras-chave: Petróleo
Preços - Determinação
Análise de séries temporais
Modelos lineares (Estatística)
Heurística
Petroleum
Basing-point system
Time-series analysis
Linear models (Statistics)
Heuristic
Data do documento: 3-Jul-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Citação: SANTOS, João Lucas Ferreira dos. Comparação entre modelos Box & Jenkins, suavização e ensembles: um estudo para previsão do preço do petróleo bruto WTI. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2024.
Resumo: Este trabalho investigou a utilização de uma gama de modelos com vistas a realizar previsões do preço do petróleo bruto WTI, enfatizando sua importância para os mercados financeiros e a economia global. O principal objetivo foi desenvolver modelos preditivos utilizando técnicas de análise de séries temporais, como o Autorregressivo (AR), autorregressivo de médias móveis ARMA, autorregressivo integrado de médias móveis (ARIMA), além das variantes ARMA ajustadas por algoritmos genéticos (ARMA- AG) e otimização por enxame de partículas (ARMA-PSO). Técnicas de suavização exponencial, incluindo SES, Holt, e Holt-Winters, nas formas aditiva e multiplicativa, também foram abordadas. Os modelos foram integrados por meio de técnicas de ensemble, por meio de média, mediana, pseudo-inversa de Moore-Penrose, além de médias ponderadas com AG e PSO. A metodologia adotada incluiu um pré-processamento que aplicou técnicas para assegurar a estacionariedade dos dados, essencial para a confiabilidade na modelagem. Os resultados indicaram que para previsões de um passo à frente, o ensemble de média ponderada com PSO superou os modelos tradicionais em termos de MSE, MAE e MAPE. Para previsões de múltiplos passos (3, 6, 9 e 12), o ensemble com a pseudo-inversa de Moore-Penrose apresentou melhores resultados. Este estudo mostrou a eficácia de se combinar modelos preditores para prever valores futuros nos preços do petróleo WTI, oferecendo uma ferramenta útil para análise e aplicações. De tal sorte, fica evidente que é possível expandir a idéia de aplicação de modelos de natureza linear. Recomenda-se a exploração destas técnicas em outras variáveis para avaliar a robustez dos métodos ensembles além de introduzir modelos não lineares para a avaliação.
Abstract: This work investigated the use of a range of models aimed at forecasting WTI crude oil prices, emphasizing their importance to financial markets and the global economy. The main objective was to develop predictive models using time series analysis techniques, such as Autoregressive (AR), Autoregressive Moving Average (ARMA), and Autore- gressive Integrated Moving Average (ARIMA), in addition to ARMA variants adjusted by Genetic Algorithms (ARMA-GA) and Particle Swarm Optimization (ARMA-PSO). Expo- nential smoothing techniques, including SES, Holt, and Holt-Winters, in both additive and multiplicative forms, were also addressed. The models were integrated using en- semble techniques, through mean, median, Moore-Penrose pseudo-inverse, as well as weighted averages with GA and PSO. The adopted methodology included preprocessing that applied techniques to ensure data stationarity, essential for reliable modeling. The results indicated that for one-step-ahead forecasts, the weighted average ensemble with PSO outperformed traditional models in terms of MSE, MAE, and MAPE. For multi- step forecasts (3, 6, 9, and 12), the ensemble with the Moore-Penrose pseudo-inverse showed better results. This study demonstrated the effectiveness of combining predictive models to forecast future WTI crude oil prices, providing a useful tool for analysis and applications. Thus, it becomes evident that it is possible to expand the application idea of linear nature models. It is recommended to explore these techniques in other variables to assess the robustness of ensemble methods and to introduce nonlinear models for evaluation.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34461
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