基于三次平滑指數法的我國飼料產量預測

舒服華

（武漢理工大學，繼續教育學院，湖北武漢，430070）

飼料是養殖業的核心， 飼料工業和養殖業相互依存， 相互促進。 隨著我國經濟社會的不斷發展，人們生活質量逐步提高，要求食品營養豐富、有風味、 安全衛生， 對動物性蛋白的需求日益增加，促進了我國養殖業的蓬勃發展，也促進了飼料工業的迅猛發展。 2016 年我國飼料產量就已經突破了2 億噸，2018 年產量增加到2.28 億噸， 占全球飼料產量的20%以上， 成為世界第一大飼料生產國。 未來， 隨著我國民眾的生活水平進一步提高， 人口的增加， 對養殖產品的需求將會不斷增加，對飼料需求量也將隨之增加，會推動我國飼料產量快速上升。 總體來說，我國養殖業相對滯后，與經濟發展現狀不匹配。 一般發達國家的養殖產值占農業總產值的比重在70-80%以上，而我國養殖業產值占農業總產值的比重還不到50%， 還有很大的發展空間。發展養殖業，不僅能夠鞏固農業的基礎地位， 而且是我國農村地區脫貧的主要方式。 因此，各地要調整農業產業結構，大力發展養殖業，尤其在貧困地區，要讓養殖業成為帶動農民脫貧致富的幫手，使他們早日擺脫貧困，和全國人民一起攜手步入小康社會。 目前，我國農村養殖業雖然發展較快，但還存在許多問題和不足：其一，養殖規模較小。 我國農村養殖大多為分散經營，一家一戶單打獨斗，沒有形成規模效應，勞動力投入大，養殖效益不高，增收緩慢，抵御風險能力差。 其二，養殖技術比較落后。 我國農戶大多沿用傳統的養殖模式，現代化機械化養殖程度較低，致使養殖勞動強度高，生產效率低，產品質量不穩定。 而發達國家養殖業普遍采用現代化生產模式， 機械化程度高，如飼養投喂機械化、草原建設機械化、牧草收獲機械化、飼料加工機械化、畜禽糞便處理機械化等。 其三，市場適應能力不強。 由于為我國大多偏遠農村地區信息仍然閉塞， 使得很多農戶無法掌握市場行情， 難以根據市場情況調整和改變養殖結構，僅僅憑感覺、盲目跟風進行飼養，使得很多養殖戶產品不能與市場接軌，產品滯銷，價格下滑，養殖效益差。 其四，銷售渠道不暢。 目前，我國大部分農村信息公開化的程度較低， 這不利于農戶甚至整個養殖行業的發展， 尤其是出現突發問題時很難應對，如產品市場飽和時，進行低價甚至虧本拋售，大打價格戰，進行惡性競爭，導致養殖虧損。 其五，專業養殖人才較少。 許多的農業高等學校不愿設置養殖相關的專業， 因為學生愿意學習的學生少，招生難，導致了我國養殖業專業人才缺乏。 農村養殖基層服務隊伍弱，服務不到位，養殖戶只得憑經驗和感覺飼養， 造成先進養殖科研成果難以轉化為生產力， 畜禽防病防疫難以更進，從而阻礙了行業的進一步發展。 這樣問題，必須在今后我國發展養殖業時著力解決。 研究我國飼料產量變化趨勢， 對指導飼料行業和養殖行業有序發展，保持飼料供需平衡，價格飼料穩定，促進我國養殖業穩定、持續、健康發展具有重要的意義。 平滑指數法（ES）的主要特點是采用“修勻”歷史數據來區別基本數據模式和隨機變動狀況，從而把握系統基本數據模式， 等同于在歷史數據中消除極大值或極小值來獲得該時間序列的 “平滑值”，這些平滑值就是系統的基本數據模式，以它們為基礎可以對系統未來的發展趨勢進行預測，在許多領域得到了成功利用。 文中運用三次平滑指數法對我國飼料產量進行預測。

1.平滑指數法簡介

平滑指數法原理是任一期的指數平滑值都是本期實際觀察值與前一期指數平滑值的加權平均。根據平滑次數不同，指數平滑法分為一次指數平滑法、二次指數平滑法和三次指數平滑法等。其基本計算公式為：

式中，Xt為第t 期的實際值；Yt為第t 期的預測值；α為指數平滑系數。

指數平滑系數α對預測結果的影響較大，因此選擇合適平滑系數α十分關鍵。 如果原始數據序列波動不大，α宜取小值， 一般取α=0.1～0.3，這樣可以使各期觀察值的權數由近及遠緩慢地變小；如果原始數據序列波動較大，α宜取大值，一般取α=0.6～0.8， 這樣可以加重近期觀測值的權數，使各期觀察值的權數由近及遠較快地變小。α的確定一般可采用試算法，以預測結果的均方誤差M作為評價標準， 使M 最小的α值為其最合適的取值。

應用三次指數平滑法進行預測必須首先估算初始值S0(1)、S0(2)、S0(3)，即第一期的預測值。當原始時間序列樣本數較多時， 可以選用第一期的觀察值作為初始值。如果原始時間序列的樣本較少時，可以選取最初3 期的平均數作為初始值，且S0(1)=S0(2)=S0(3)。

2.我國飼料產量預測

圖1 為2006 年-2018 年我國我國飼料產量數據。 表1 為我國除2014 年有小幅下滑外，其余年份均穩步增長。 在這12 年間，我國飼料產量增長105.4054%，年平均增長8.7838%。 有力推動了我國養殖業的發展和改善了老百姓的菜籃子。

圖1 我國飼料產量統計數據

以2006 年～2018 年我國飼料產量為原始時間序列，建立三次指數平滑模型，即原始時間系列為Xt=[xt]，t=1，2，…，n，則：xt=[1.11，1.23，1.31，1.48，1.62，1.69，1.81，1.94，1.93，1.97，2.09，2.21，2.28]。

首先確定初始值， 初始值對預測精度影響不大，樣本不算少，為了簡化計算，取 S0(1)=S0(2)=S0(3)=x1。

確定指數平滑系數α， 經過嘗試，α 取不同值時M 和ε 如表1，由表1 知，α=0.16 時，均方誤差M=0.32716，擬合的平均誤差ε=0.4.2284%，雖然最小，但后期誤差較大，而預測模型的價值在于對未來趨勢準確預判， 后期預測誤差才是真正衡量模型優劣的主要標準，當α=0.10 時，其均方誤差和擬合的平均誤差雖比α=0.16 的稍大，但后期預測誤差較小。 故取指數平滑系數α=0.10，α 取不同值時的擬合曲線如圖2。

表1 指數平滑系數取不同值時的M 和ε

圖2 不同α 值的擬合曲線

根據以上樣本，運用matlab 軟件編程計算，得到了一次、二次、三次平滑值S(1)t、S(2)t、S(3)t，平滑系數at、bt、ct，飼料產量預測值Yt，及其預測誤差，結果如表2 所示。 從表2 知， 模型的平均預測誤差為5.67954%，表面看起來誤差不算小，但誤差主要由前期貢獻，后期預測誤差較小，后三期的誤差均小于1.0%左右，而預測模型作用體現在對事物未知狀況的準確預判，前期預測誤差意義不大，后期預測誤差才是衡量模型性能的重要指標。因此，表明模型有較好的性能， 對預測我國飼料產量是可行和可靠的。 預測曲線如圖3 所示。

表2 指數平滑系數、平滑系數、預測結果及預測誤差

圖3 我國飼料產量預測曲線

預測2019 年和2020 年我國飼料產量。 以2018 年為基年，根據式（6）計算2019 年（T=2）我國飼料產量的預測值為：

Y2019=2.214161 +0.081279 ×2 +0.001171 ×4 =2.3814 億噸。

Y2020=2.214161 +0.081279 ×3 +0.001171 ×9 =2.4685 億噸。

3.結語

飼料是畜牧業和水產養殖業最大的投入品，其質量安全與養殖場（戶）增收致富、畜禽、水生動物健康、畜牧和水產品質量、生態環境安全、公共衛生安全等息息相關。我國是飼料大國，但并非飼料強國。目前，我國飼料質量不高、不穩定，已成為阻礙我國畜牧養和水產殖業發展潛力發揮的重要因素。必須努力提升我國飼料的質量、確保飼料安全、提高飼料產出，使我國由飼料大國向飼料強國邁進。飼料中的有害生物主要來自于飼料的原料、半成品、成品中存在的有毒有害物或污染，飼料在儲存、運輸中引起變質和二次污染造成的，它直接影響動物健康、間接影響人類健康。 第一，要從源頭開始控制飼料質量，要嚴格控制工業 “三廢”的排放， 尤其要控制飼料原料生產地區工業污染物的排放；避免飼料原料作物在生長過程中被污染，要減少化肥的使用，盡量多施用有機肥，合理施用農藥，嚴格控制飼料原料中殘存的有毒有害物質。原料的采購、接收、驗收人員，必須掌握各種飼料原料的質量鑒別標準及主要指標的檢測方法，認真履行職責，嚴格把關，保證進廠原料質量優良。第二， 要加強飼料生產過程中產品質量和安全控制。要制定相關質量控制和管理方法，加強對飼料加工過程的全程質量控制。 對上崗人員要進行嚴格培訓，提高他們產品質量意識；督促操作人員嚴格按規范流程操作。 如嚴格按照規定上料、查倉、配料、投料、加工，推進標準化作業，加強規范化管理。 第三，加強質量檢測和檢查。 要定期對倉庫清潔衛生，蟲害、鼠害、鳥害進行檢查，發現問題要及時采取措施。 要定期檢查設備運行和清潔生產狀況，對設備進行定期和不定期的維護、保養、維修和清洗，保證設備的正常運轉和良好生產性能，提高清潔生產水平。要嚴格落實產品抽樣檢查制度，發現出現產品質量問題，要認真查找原因，適時采取改進措施，或調整加工工藝參數，保證飼料產品的質量。 第四，科學合理使用飼料添加劑。 必須掌握各類添加劑的功能和應用方法， 嚴格按照國家標準，科學、合理地使用飼料添加劑。 特別是要謹慎使用抗生素，盡量使用無毒副作用、無殘留的安全型飼料添加劑。確保飼料的質量和安全性，確保養殖產品的健康和衛生。科學預測我國飼料產量，對制定養殖業和飼料業發展戰略， 促進飼料工業平穩發展，改善老百姓餐桌，不斷提高人民群眾物質生活質量等具有重要意義。 指數平滑法是對原始序列加以大致修勻平滑， 以便分析變量的演變趨勢，其基本思想是首先對原始數據進行處理，處理后的數據稱為“平滑值”，然后根據平滑值構造預測模型，用于計算未來預測值。 文中運用三次平滑指數法對我國飼料產量進行預測，取得了理想的效果，模型的平均擬合誤差為5.6795%，近3年預測誤差均小于1%。 由模型預測得到2019 年和2020 年我國飼料產量為2.3814 億噸和2.4685億噸。

參考文獻（略）