Abstract
this study addresses the challenge of modeling technical and socio-economic systems whose dynamics evolve due to structural changes, resulting in shifts in the parameters of the trends that describe these dynamics. A trend model based on multilayer modular regression is proposed. The identification problem is formalized as a mixed 0-1 integer linear programming problem, solved using the least absolute deviations method. The efficacy of the proposed models is demonstrated through three case studies using time series that exhibit structural changes in their trends. The first case study focuses on population data from the Irkutsk region, while the second and third analyze freight and passenger rail transportation data. Unlike linear trend models, the multilayer modular regressions successfully identified all latent structural changes. Graphical illustrations demonstrate how increasing the number of regression layers enhances the quality of trend approximation. The most appropriate models for each case are presented as piecewise functions, enabling a meaningful interpretation of the results. The primary advantage of multilayer modular trend regressions is their ability to automatically detect time points at which trend directions change during the estimation process.
References
Montgomery D. C., Peck E. A., Vining G. G. Introduction to Linear Regression Analysis. John Wiley & Sons; 2021.
Molnar C. Interpretable machine learning. Lulu.com; 2020.
Maulud D., Abdulazeez A. M. A Review on Linear Regression Comprehensive in Machine Learning. Journal of Applied Science and Technology Trends. 2020;1(2):140–147. DOI: 10.38094/jastt1457.
Tsai C. Y., Kim J., Jin F., Jun M., Cheong M., Yammarino F. J. Polynomial Regression Analysis and Response Surface Methodology in Leadership Research. The Leadership Quarterly. 2022;33(1):101592. DOI: 10.1016/j.leaqua.2021.101592.
Sharma A., Chaudhary N. Prediction of Software Effort by Using Non-Linear Power Regression for Heterogeneous Projects Based on Use Case Points and Lines of Code. Procedia Computer Science. 2023;218:1601–1611. DOI: 10.1016/j.procs.2023.01.138.
Başeğmez H. Estimation of Cobb–Douglas Production Function for Developing Countries. Journal of Research in Business. 2021;6(1):54–68. DOI: 10.29228/JRB.3.
Chung S., Park Y. W., Cheong T. A Mathematical Programming Approach for Integrated Multiple Linear Regression Subset Selection and Validation. Pattern Recognition. 2020;108:107565. DOI: 10.1016/j.patcog.2020.107565.
Park Y. W., Klabjan D. Subset Selection for Multiple Linear Regression Via Optimization. Journal of Global Optimization. 2020;77(3):543–574. DOI: 10.1007/s10898-020-00876-1.
Клейнер Г. Б. Производственные функции: Теория, методы, применение. М.: Финансы и статистика; 1986. 239 с.
Носков С. И. Технология моделирования объектов с нестабильным функционированием и неопределенностью в данных. Иркутск: Облинформпечать; 1996. 321 с.
Базилевский М. П. Обобщение неэлементарных линейных регрессий. Моделирование и анализ данных. 2023;13(2):85–98. DOI: 10.17759/mda.2023130205.
Базилевский М. П., Ойдопова А. Б. Оценивание модульных линейных регрессионных моделей с помощью метода наименьших модулей. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2023;(45):130–146. DOI: 10.15593/2224-9397/2023.1.06.
Базилевский М. П. Программное обеспечение для оценивания модульных линейных регрессий. Информационные и математические технологии в науке и управлении. 2023;3:136–146. DOI: 10.25729/ESI.2023.31.3.013.
Базилевский М. П. Оценивание регрессионных моделей с мультиарной операцией модуль методом наименьших модулей. Инженерный вестник Дона. 2024;(5). Режим доступа: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n5y2024/9188.
Базилевский М. П. Оценивание неизвестных параметров многослойной модульной регрессии методом наименьших модулей. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2024;12(2). Режим доступа: https://moitvivt.ru/ru/journal/pdf?id=1581.
Афанасьева О. В., Колесниченко С. В., Новожилов И. М. Теоретические аспекты анализа структурных сдвигов при исследовании процессов динамики сложных технических и социальноэкономических систем. Инновации. 2018;10:108–112.
Боченина М. В. Прогнозирование цен на рынке жилья в условиях изменения основной тенденции. Теория и практика общественного развития. 2023;8:137–142. DOI: 10.24158/tipor.2023.8.16.
Голованов О. А., Тырсин А. Н., Васильева Е. В. Оценка влияния пандемии COVID-19 на тренды социально-экономического развития региона России: кейс Свердловской области. Journal of Applied Economic Research. 2022;21(2):257–281. DOI: 10.15826/vestnik.2022.21.2.010.
Gujarati D. N. Essentials of econometrics. Sage Publications; 2021.
Архангельская Л. Ю., Жалнина И. Н. Комплексный структурно-динамический анализ движения численности населения Воронежской области за 2017–2021 годы. Гуманитарные науки. Вестник Финансового университета. 2023;13(5):104–113. DOI: 10.26794/2226-7867-2023-13-5-104-113.
Домнина О. Л., Шалаева Ж. Ю. Прогнозирование объемов перевозок пассажиров внутренним водным транспортом. Научные проблемы водного транспорта. 2022;72:102–110.