- عنوان کتاب: Mathematics of Time Series Forecasting
- نویسنده: Dr. Sulekha AloorRavi
- حوزه: سری زمانی
- سال انتشار: 2026
- تعداد صفحه: 332
- زبان اصلی: انگلیسی
- نوع فایل: pdf
- حجم فایل: 7.59 مگابایت
زمان پیچیدهترین بُعد دادهها است. هر تراکنش، خواندن دما، حرکت بازار یا خروجی حسگر، تصویری لحظهای از زمان است. این کتاب، ریاضیات پیشبینی سریهای زمانی، برای کسانی نوشته شده است که مایل به رمزگشایی آن داستان هستند. این کتاب، نظریه ریاضی را با تمرین محاسباتی ترکیب میکند و هدف آن کمک به خوانندگان نه تنها در ساخت مدلهای پیشبینی، بلکه در درک علمی است که باعث میشود آنها کار کنند. این کتاب، آمار کلاسیک و هوش مصنوعی مدرن را به هم پیوند میدهد و نشان میدهد که چگونه اصول ریاضی جاودانه هنوز حتی پیشرفتهترین معماریهای پیشبینی را پشتیبانی میکنند. این کتاب، خوانندگان را با پیوستار بین فرآیندهای تصادفی، مدلهای خانواده ARIMA و شبکههای یادگیری عمیق آشنا میکند، که هر مفهوم توسط مشتقات ریاضی و پیادهسازیهای پایتون در دنیای واقعی پشتیبانی میشود. هدف، توانمندسازی متخصصان، محققان و زبانآموزان برای مدلسازی عدم قطعیت با دقت و قابلیت تفسیر است. از این رو، چه دانشمند داده، تحلیلگر مالی، مهندس یا محقق باشید، این کتاب شما را در سفر کامل پیشبینی، از شهود ریاضی تا پیادهسازی عملی، راهنمایی خواهد کرد. هر فصل به گونهای ساختار یافته است که تعادل بین نظریه، شهود و کاربرد را برقرار کند و تضمین کند که خوانندگان هم وضوح مفهومی و هم مهارت کدنویسی را ایجاد میکنند. فصل ۱ با معرفی فرآیندهای تصادفی که عدم قطعیت و وابستگی زمانی را مدلسازی میکنند، پایه ریاضی تحلیل سریهای زمانی را بنا مینهد. این فصل فرآیندهای گسسته و پیوسته مانند زنجیرههای مارکوف، فرآیندهای پواسون، حرکت براونی و گامهای تصادفی را بررسی میکند و پلی مفهومی بین نظریه احتمال و کاربردهای پیشبینی در دنیای واقعی فراهم میکند. فصل ۲ مفهوم ایستایی، انواع آن و نقش حیاتی آن در دقت پیشبینی را توضیح میدهد. خوانندگان یاد میگیرند که رفتار غیرایستا را از طریق روندزدایی، تفاضلگیری و تبدیلهایی که دادهها را برای آموزش مدل مناسب میکنند، شناسایی و مدیریت کنند. فصل ۳ اولین مجموعه از آزمونهای آماری را برای تأیید ایستایی یک سری زمانی معرفی میکند. با پوشش بازرسی بصری، آزمون K-S و خانواده دیکی-فولر، نحوه تفسیر نتایج آزمون و تبدیل آنها به اقدامات پیشپردازش عملی برای مدلهای پیشبینی را نشان میدهد. فصل ۴ آزمونهای آماری قدرتمندتر و مکملتری مانند آزمونهای فیلیپس-پرون، KPSS، DF-GLS و Ng-پرون را معرفی میکند. این رویکردها، تشخیص دقیقتر ناایستایی را ارائه میدهند و به خودهمبستگی، ناهمسانی واریانس و پیچیدگی ساختاری در مجموعه دادههای دنیای واقعی میپردازند. فصل 5 به بررسی ابزارهای پیشرفته اقتصادسنجی از جمله آزمونهای اشمیت-فیلیپس، نسبت واریانس، زیوت-اندروز و لیبورن-مککیب میپردازد. هر آزمون با دقت ریاضی مورد بحث قرار گرفته و از طریق مثالهایی برای مدیریت شکستهای ساختاری و رفتار تصادفی پیچیده نشان داده شده است. فصل 6 تجزیه دادهها، نمایهسازی، نمونهگیری مجدد، مدیریت بینظمیها، روندزدایی، فصلزدایی و تبدیلهای تثبیتکننده واریانس را پوشش میدهد که خط لوله پیش مدلسازی ضروری برای هر کار پیشبینی را تشکیل میدهند. فصل 7 معماریهای اصلی پیشبینی مانند مدلهای AR، MA، ARMA، ARIMA، SARIMA و هموارسازی نمایی را معرفی میکند. این فصل به تفصیل فرمولهای ریاضی، فرضیات و پیادهسازی آنها در پایتون را شرح میدهد و پایه و اساس همه مقایسهها و بهبودهای مدل در آینده را بنا میکند. فصل ۸ روشهای یادگیری ماشین (ML) مانند درختهای تصمیمگیری، جنگلهای تصادفی و XGBoost را همراه با معماریهای یادگیری عمیق مانند LSTMها ارائه میدهد. این فصل بر تبدیل مسائل سری زمانی به قالب یادگیری نظارتشده تأکید دارد و نشان میدهد که چگونه این مدلها وابستگیهای غیرخطی و بلندمدت را ثبت میکنند. فصل ۹ پیشبینی را به سیستمهای چند متغیره که در آنها چندین متغیر وابسته به زمان به صورت پویا با هم تعامل دارند، گسترش میدهد. این فصل، خودرگرسیون برداری (VAR)، مدلهای تصحیح خطای برداری (VECM) و LSTMهای چند متغیره مبتنی بر یادگیری عمیق را پوشش میدهد و نشان میدهد که چگونه میتوان وابستگیهای پیچیده بین متغیرها را برای دقت پیشبینی بالاتر مدلسازی کرد. بنابراین، نوشتن این کتاب سفری از تبدیل سالها یادگیری کاربردی، کاوش ریاضی و آزمایش عملی به یک راهنمای ساختاریافته برای متخصصان و دانشجویان بوده است. از این رو، چه در حال رمزگشایی بازارهای مالی، بهینهسازی سیستمهای انرژی یا کشف روندهای رفتاری باشید، ممکن است این فصلها شما را قادر سازند تا الگوهای زمانی را نه به عنوان تصادفی، بلکه به عنوان ریتم ببینید. هر مجموعه داده داستانی را روایت میکند زیرا این کتاب دعوتی برای درک و پیشبینی آن با وضوح، دقت و خلاقیت است!
Time is the most intricate dimension of data. Every transaction, temperature reading, market movement, or sensor output is a snapshot in time. This book, Mathematics of Time Series Forecasting, is written for those who wish to decode that story. The book blends mathematical theory with computational practice, aiming to help readers not only build forecasting models but also understand the science that makes them work. The book bridges classical statistics and modern artificial intelligence, showing how timeless mathematical principles still underpin even the most advanced forecasting architectures. It introduces readers to the continuum between stochastic processes, ARIMA-family models, and deep learning networks, with each concept supported by mathematical derivations and real-world Python implementations. The goal is to empower professionals, researchers, and learners to model uncertainty with precision and interpretability. Hence, whether you are a data scientist, financial analyst, engineer, or researcher, this book will guide you through the complete forecasting journey, from mathematical intuition to practical implementation. Each chapter is structured to balance theory, intuition, and application, ensuring that readers build both conceptual clarity and coding proficiency. Chapter 1 lays the mathematical foundation of time series analysis by introducing stochastic processes, which model uncertainty and temporal dependence. It explores discrete and continuous processes such as Markov Chains, Poisson Processes, Brownian Motion, and Random Walks, providing the conceptual bridge between probability theory and real-world forecasting applications. Chapter 2 explains the concept of stationarity, its types, and its critical role in forecasting accuracy. Readers will learn to identify and handle nonstationary behavior through detrending, differencing, and transformations that make the data suitable for model training. Chapter 3 introduces the first set of statistical tests to verify whether a time series is stationary. Covering visual inspection, the K-S Test, and the Dickey-Fuller family, it demonstrates how to interpret test results, and translate them into practical pre-processing actions for forecasting models. Chapter 4 introduces more powerful and complementary statistical tests such as the Phillips-Perron, KPSS, DF-GLS, and Ng-Perron tests. These approaches offer refined detection of non-stationarity, addressing autocorrelation, heteroskedasticity, and structural complexity in real-world datasets. Chapter 5 explores advanced econometric tools including the Schmidt- Phillips, Variance Ratio, Zivot-Andrews, and Leybourne-McCabe tests. Each test is discussed with mathematical rigor, and demonstrated through examples to handle structural breaks and complex stochastic behavior. Chapter 6 covers data parsing, indexing, resampling, handling irregularities, detrending, deseasonalizing, and variance-stabilizing transformations, forming the essential pre-modelling pipeline for any forecasting task. Chapter 7 introduces the core forecasting architectures such as AR, MA, ARMA, ARIMA, SARIMA, and Exponential Smoothing models. It details their mathematical formulations, assumptions, and implementation in Python, building the foundation for all future model comparisons and enhancements. Chapter 8 presents Machine Learning (ML) methods such as Decision Trees, Random Forests, and XGBoost, along with deep learning architectures like LSTMs. It emphasizes reframing time series problems into supervised learning format, and illustrates how these models capture non-linear and long-term dependencies. Chapter 9 extends forecasting to multivariate systems where multiple timedependent variables interact dynamically. It covers Vector Autoregression (VAR), Vector Error Correction Models (VECM), and deep learning-based Multivariate LSTMs, showing how to model complex interdependencies across variables for higher predictive accuracy. Thus, writing this book has been a journey of translating years of applied learning, mathematical exploration, and practical experimentation into a structured guide for professionals and students, alike. Hence, whether you are decoding financial markets, optimizing energy systems, or uncovering behavioural trends, may these chapters empower you to see patterns in time not as randomness, but as rhythm. Every dataset tells a story as this book is an invitation to understand and forecast it with clarity, rigor, and creativity!
این کتاب را میتوانید از لینک زیر بصورت رایگان دانلود کنید:
Download: Mathematics of Time Series Forecasting





نظرات کاربران