神经网络建立物流中心出货预测模式研讨60559.docx
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1、n 当前文档修改密码:8362839运筹管理评论文稿格式模板以类神经网网络建立立物流中中心出货货预测模模式林哲宏正修科技大大学信息息管理系系linnchcsuu.eddu.ttw卢渊源国立中山大大学企业业管理系系iyllubbm.nnsyssu.eedu.tw摘要本文主要提提出物流流中心出出货预测测模式之之建构程程序,经经由此程程序可根根据物流流中心的的作业特特性与品品项特性性筛选攸攸关的预预测变量量,并根根据各预预测变量量的型态态进行数数据前处处理以利利类神经经网络使使用。本本文以系系统性的的方法决决定训练练范例与与测试范范例的比比例,经经由比较较各种训训练范例例与测试试范例的的比例所所得之
2、预预测绩效效,可找找出最适适的组合合。最后后本文以以两种实实际商品品的出货货数据验验证其方方法的有有效性。关键词:物物流中心心、出货货预测、类类神经网网络前言由于流通产产业的快快速成长长,使得得具有连连结上游游制造商商与下游游零售商商功能的的物流中中心在商商业现代代化的过过程中扮扮演着重重要的角角色。现现代化的的物流中中心为达达到大量量进货统统一分配配的物流流机能,以以满足多多种少量量多频配配送的现现代化消消费需求求特性,必必须强化化物流中中心的管管理与作作业功能能。然而而在物流流中心之之中,存存货式的的物流中中心必须须自行向向供货商商订货保保有库存存,以满满足零售售商的订订货需求求,因此此精
3、确有有效的需需求预测测是物流流中心内内部不可可或缺的的重要功功能之一一。Bowerrsoxx和Clooss(19996)指指出单一一品项预预测是物物流预测测的基础础作业,藉藉由单一一品项预预测可预预测出重重要品项项的出货货数量,并并可将此此预测结结果配合合库存数数量决定定采购数数量,有有效调整整物流中中心内各各品项之之库存数数量,达达到降低低缺货风风险与节节省库存存空间的的目的。然然而在零零售商型型物流中中心内因因为其处处理的商商品品项项繁多,出出货的数数量与项项目常因因时间、季季节或商商品流行行性的不不同而产产生极大大的变化化;而且且其顾客客常为每每日订货货、每日日配送的的零售商商,其订订单
4、从接接收到出出货的订订单周程程时间极极为短暂暂,以上上的物流流中心出出货特性性,导致致其需求求预测的的困难。因此如何建建构一套套预测模模式以供供物流中中心出货货需求预预测之用用,是为为物流中中心亟待待解决之之工作,本本文即从从影响物物流中心心出货需需求的两两项重要要因素(作业特特性因素素与品项项特性因因素)进行分分析,进进而找出出攸关的的预测变变量,并并以模糊糊类神经经网络建建构出一一套预测测模式,以以解决物物流中心心单一品品项出货货预测之之问题。文献探讨所谓类神经经网络是是模仿人人类神经经系统的的结构及及处理信信息运作作方式,其其基本元元素为处处理单元元及连接接键,分分别相当当于人类类神经系
5、系统中的的神经元元与神经经键的功功能。处处理单元元的主要要作用是是接收并并加总所所有的输输入讯号号,此加加总后的的讯号经经由转换换函数(traansffer funnctiion)输出给给下一个个处理单单元(WWasssermman, 19989),图1则为处处理单元元的基本本运作。图1 处理理单元之之基本运运作资料来源:Wassserrmann(19989)应用类神经经网络于于需求预预测问题题的研究究通常以以过去的的时间序序列数据据或其它它可能影影响因素素作为输输入资料料以预测测未来的的需求量量,并根根据预测测结果计计算其预预测精度度。Tang等等人(119911)针对对汽车销销售量的的预测
6、,分分别使用用倒传递递类神经经网络模模式与BBox-Jennkinns的时时间序列列模式作作比较性性的研究究,在具具有长期期记忆型型态的数数据方面面,这两两种方法法皆有相相似的结结果,但但在数据据型态具具有短期期记忆时时,类神神经网络络模式的的预测能能力就优优于Boox-JJenkkinss模式。此此研究亦亦讨论了了类神经经网络模模式最佳佳参数设设计的问问题,借借着改变变各层处处理单元元的数目目、学习习速率以以及惯性性因子以以找到预预测误差差较小与与学习效效率较高高的网络络。Tamadda等人人(19993)认为类类神经网网络模式式比多元元回归分分析在每每天用水水量的预预测上可可产生更更精确的
7、的预测,而而且当测测试范例例落在训训练范例例附近时时,其正正确率比比多元回回归分析析更高于于10%-300%。Nam和SSchaaefeer(119955)以倒倒传递类类神经网网络模式式预测国国际航线线旅客数数量,此此模式借借着改变变隐藏层层单元数数来观察察其预测测能力,其其预测结结果并和和多元回回归分析析与指数数平滑法法做比较较,当以以绝对平平均误差差(MAEE)为预测测精度的的准则下下,类神神经网络络模式的的预测能能力都较较其它方方法为佳佳。Hua(119966)使用用12个经经济指标标预测新新加坡的的住宅需需求,在在此研究究中并比比较类神神经网络络与多元元回归分分析在住住宅需求求上的预预
8、测精度度,当以以绝对平平均百分分比误差差(MAPPE)表示的的预测精精度比较较时,其其类神经经网络的的预测能能力优于于多元回回归分析析。Pattiie和Haaas(119966)利用用类神经经网络预预测野外外休闲的的使用量量,此模模式使用用经济指指针作为为输入数数据,在在1044个旅游游地点的的预测上上,类神神经网络络模式的的预测能能力优于于回归分分析,甚甚至在某某些地点点其精确确度可两两倍于多多元回归归分析。从上述文献献的分析析中可看看出,使使用类神神经网络络于需求求预测的的研究有有下列几几点特性性:(11)对所所处理的的数据也也以数值值型数据据为主;(2)其所使使用的网网络型态态大多为为倒
9、传递递网络,且且大多具具有一层层以上的的隐藏层层;(33)改变变网络的的结构与与参数会会影响预预测的精精度(TTangg, eet aal. 19991; Namm annd SSchaaefeer, 19995),但但无明确确的结论论指出其其影响的的方向;(4)利用类类神经网网络预测测的结果果在多数数情况下下会比传传统预测测方法好好。反观物流中中心的出出货特性性,上述述文献尚尚存许多多问题点点,首先先是有关关预测方方法之比比较,指指数平滑滑法或BBox-Jennkinns方法法的基本本假设是是以过去去实际发发生的数数据来预预测未来来值,其其它可能能影响的的因素则则无法将将之纳入入考虑;而以因
10、因果关系系为基础础的多元元回归分分析是以以多个连连续变量量作为准准则变量量配合预预测变量量从事预预测,但但由于影影响物流流中心出出货需求求的预测测变量很很多,而而且这些些变量的的的型态态不全是是连续变变量,若若使用回回归方法法从事需需求预测测的话,其其预测模模式可能能不易求求得。在在此对于于利用其其它预测测方法以以比较其其差异,此此种比较较的作法法有待商商榷。另外在使用用类神经经网络作作为预测测技术时时,掌握握重要的的预测变变量,并并将之转转换为类类神经网网络可接接受的输输入变量量是一件件重要工工作。以以物流中中心的预预测问题题而言,其其预测变变量包含含数值型型与语意意型变量量,数值值型变量量
11、可经由由线性映映成方式式转成适适合类神神经网络络的输入入变量,但但语意型型变量则则不易量量化为类类神经网网络可用用的输入入变量。由由于影响响物流中中心出货货需求的的变量中中含有语语意型态态的数据据(如天气气状况)与区间间值信息息(如最高高最低气气温),如何何处理此此类变量量则为此此类研究究之另一一项重要要课题。模糊类神经经网络预预测模式式本文所提出出的模糊糊类神经经网络需需求预测测模式的的建构程程序,共共有六个个步骤,根根据此程程序的进进行可预预测物流流中心每每一期的的出货需需求数量量,兹将将详细内内容分述述于以下下各小节节。预测变量筛筛选在决定预测测变量时时可从两两方面考考虑:一一是作业业特
12、性因因素,另另一品项项特性因因素。作作业特性性因素是是指因物物流中心心的物流流作业内内容所衍衍生出影影响当期期出货数数量的因因素,包包括物流流中心向向供货商商订货的的订货周周程时间间、零售售商向物物流中心心订货的的订货周周程时间间等,这这些内容容可从现现场了解解物流中中心的实实际运作作情形或或与物流流中心人人员访谈谈得知。而品项特性性因素则则是指因因产品本本身的特特性而影影响到需需求量的的因素,不不同品项项具有不不同的品品项特性性因素,一一般而言言包括气气温、天天气状况况、降雨雨情形、星星期别、前前几期出出货量等等,这些些因素可可依品项项别设计计问卷,请请物流中中心人员员填答得得知。将作业特性
13、性因素与与品项特特性因素素交互考考虑,可可找出影影响物流流中心出出货需求求数量的的预测变变量,表表1是以第第D天为出出货日,为物流中心向供货商订货的订货周程时间,为零售商向物流中心订货的订货周程时间,在第(D- - )天预测第D天出货量时可能的攸关预测变量,因此可根据物流中心实际的情形配合表1的使用选择预测变量。表1 考虑虑时间因因素的预预测变量量考虑时间预测变量气温第(D - - + n)天天空状况第(D - -+ n)天降雨情形第(D - -+ n)天星期别第(D)天天出货量第(D - -+ n-11)天说明:n=1, +预测变量前前处理程程序在表1所列列的预测测变量中中,由于于其数据据类
14、型不不同,所所需的前前处理程程序也有有不同,一一般数值值变量(出货量量)欲转换换成00, 11之间间的数值值可利用用式(11)进行行线性转转换。 (1)其中为变数数转换前前的值为变数转换换后的值值为此变数的的最大值值为此变数的的最小值值气温与降雨雨数据是是属于具具有最高高值最低低值的区区间数值值,若有有一变量量 j为区区间数值值,则可可以取此此区间的的最大值值、中间间值与最最小值表表示成三三角形模模糊数,。此三三角形模模糊数可可用来表表示气温温(T)与降雨雨机率(R),因此此。当气气温与降降雨机率率数据转转成模糊糊数之后后,此、与皆变成成一精确确型数值值数据,若若要输入入类神经经网络中中需再进
15、进行式(1)的的线性转转换。而天空状况况则是利利用语意意描述表表达此类类信息,符符合语意意数据的的特性,例例如晴时时多云、多多云时阴阴等。本本文将以以语意模模糊向量量表示此此种语意意资料,令令,s、c、g分别表表示晴天天、多云云、阴天天的云量量变量,表表示目前前云量属属于此种种天空状状况的程程度,为为一数值值型资料料,天空空状况亦亦可简单单表示为为,例如如则表示示目前云云量属于于晴天、多多云、阴阴天的程程度分别别为0.3、0.55与0.88。为让让此云量量变量有有一系统统性的订订定标准准,本研研究以该该天空状状况的出出现时间间为基准准来定义义,例如如多云云时晴表示天天空状况况为多云云的时间间少
16、于33/4多多于1/2,天天空状况况为晴的的时间少少于1/2多于于1/44,亦即即0.225ss0.5,0.55c0.775,在在此可将将每个云云量变量量一分为为二,用用其出现现时间的的上下界界值表示示,因此此可将此此语意模模糊向量量扩充为为 (2)其中表示天天空状况况w出现的的最大可可能时间间,。表示天天空状况况w出现的最最小可能能时间,因此,多多云时晴晴则可可表示为为(0.5, 0.225, 0.775, 0.55, 00, 00),其其它天空空状况的的表示式式则可详详见表22。表2 语意意向量天天空状况况表示法法天空状况语意模糊向向量表示示法晴(1, 00.755, 00.255, 00
17、, 00, 00)多云(0.133, 00, 11, 00.755, 00.133, 00)阴(0, 00, 00.255, 00, 11, 00.755)晴时多云(0.755, 00.5, 0.5, 0.225, 0, 0)多云时晴(0.5, 0.25, 0.75, 0.5, 0, 0)多云时阴(0, 00, 00.755, 00.5, 0.5, 0.225)阴时多云(0, 00, 00.5, 0.25, 0.75, 0.5)晴转阴或阴阴转晴(0.5, 0.5, 0, 0, 0.55, 00.5)多云转阴或或阴转多多云(0, 00, 00.5, 0.5, 0.55, 00.5)晴转多云或或多
18、云转转晴(0.5, 0.5, 0.55, 00.5, 0, 0)星期别属于于类别资资料,可可根据其其类别的的数目,以以相等数数目的虚虚变量表表示,例例如星期期别的类类别数目目为7,因此此可用(1, 0, 0, 0, 0, 0, 0)表表示星期期一,(0, 1, 0, 0, 0, 0, 0)表表示星期期二,其其余依此此类推。类神经网络络架构设设定本文采用倒倒传递类类神经网网络建构构预测模模式,而而一适宜宜的网络络架构将将有助于于网络的的学习与与测试,且且可在训训练过程程中快速速达到收收敛,并并产生较较小的测测试范例例误差,网网络架构构的决定定包含隐隐藏层层层数、隐隐藏层处处理单元元数、以以及适当
19、当的网络络参数等等。有关隐藏层层的数目目为一层层到两层层有较佳佳的收敛敛效果,没没有隐藏藏层不能能反应输输入单元元间之交交互作用用,会有有较大之之误差。而而一、二二层隐藏藏层以足足以反应应其交互互作用,更更多的隐隐藏层反反而使网网络过渡渡复杂,造造成能量量函数的的局部最最小值,而而使网络络无法收收敛。因因此,文文献建议议以一层层隐藏层层即可解解决一般般问题(Villlerrs aand Barrnarrd, 19992)。隐隐藏层单单元数订订定可参参考式(3)与与式(44)。(3)(4)其中为隐藏藏层处理理单元数数为输入层处处理单元元数为输出层处处理单元元数在网络参数数方面,需需订定学学习速率
20、率、惯性性因子、学学习速率率递减间间隔、学学习速率率递减比比例等,另另外学习习法则与与学习批批次量亦亦会影响响到预测测效果,需需加以考考虑。本本文所用用的设定定值如表表3所示。表3类神经经网络各各项参数数汇整表表设定项目使用方法或或建议值值网络模式倒传递网络络转换函数双弯曲函数数学习速率0.3(隐隐藏层)0.5(输输出层)学习速率递递减比率率0.5惯性因子0.4学习方式批次学习学习法则通用差距法法则隐藏层处理理单元数数训练与测试试范例比比例的决决定本小节将提提出一套套范例选选择的程程序,此此程序可可根据训训练与测测试范例例的比例例,从既既有范例例中系统统性地选选择训练练范例集集与测试试范例集集
21、,若要要从N个范例例中抽出出个训练练范例与与个测试试范例,。若测试范例所占的比例为d,则(5)测试范例所所占的比比例最多多为一半半,但不不愿让其其比例过过小,因因此限定定。为了了平均地地从所有有范例中中抽出测测试范例例,兹将将所有范范例N分成c个子范范例,因因此每个个子范例例数为,且为整整数。在在每个子子范例中中本文取取前个为为训练范范例,后后个为测测试范例例,因此此 (6)为整数(77)为整数(88)在此举一释释例说明明此程序序的运算算,若有有2800个范例例用以决决定训练练范例与与测试范范例,则则d可选择择1/22到1/110等多多种情况况,c亦可配配合d选择适适当的整整数,其其配置的的情
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