universität münster, institut für industriewirtschaftliche forschung stefan kooths eric ringhut...
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
KI-gestützte Konjunkturprognosen mit
GENEFER
Adaptive Fuzzy Systeme und Handelsblatt-Frühindikator im Vergleich
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric RinghutGliederung
Motivation
Welche Erwartungsbildungs-hypothese ist in GENEFER abgebildet?
Was ist GENEFER?
Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric RinghutMotivation
Dominanz von Erwartungen auf die Marktergebnisse(Bsp. Finanzmärkte)
unzureichende Modellierungsalternativen
teilweise schwache empirische Bestätigung ökonomischer Theorien
Motivation
- Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
Gängige Erwartungsbildungs-hypothesen
• statische Erwartungen• extrapolative Erwartungen• adaptive Erwartungen• regressive Erwartungen• Neuronale Netze• ...• rationale Erwartungen
Motivation
- Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric RinghutEinordnung
Lern
fähi
gkei
t
Wissensstandniedrig vollständig
extrem niedrig
extremhoch
statische Erwartungen
extrapolative Erwartungen
adaptive Erwartungen
rationale Erwartungen
adaptive Fuzzyregel-basierte Erwartungen
Grenze der Informationsverarbeitung
Gre
nze
des
Info
rmat
ions
umfa
ngs
regressive Erwartungen
Motivation
- Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
Anforderungen an eine „realitätsnähere“ Formulierung
• Explizite Wissensrepräsentation (Interpretierbarkeit)
• Berücksichtigung von Unsicherheit (bounded rationality)
• Erfahrungsabhängigkeit (Lernen)
adaptive Fuzzyregel-basierte Erwartungen
Motivation
- Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
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Stefan KoothsEric Ringhut
Was sind adaptive Fuzzyregel-basierte Erwartungen?
Warum regelbasiert?Menschen suchen nach Regelmäßigkeiten in komplexen Situationen, mentale Modelle
Warum fuzzy?Unsicherheit über die genaue Funktionsweise des Marktes und der Interpretation von Daten
Warum adaptiv? Menschen lernen aus Erfahrungen und verwerfen Regeln, formulieren neue, modifizieren bestehende, etc.
- Motivation
Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
Wenn der Auftragseingang im Bau hoch ist UND die Zinsstrukturkurve steil ansteigt DANN wird sich die Konjunktur im nächsten Quartal nur wenig verbessern.
Beispiel
Wenn der Auftragseingang im Bau hoch ist UND die Zinsstrukturkurve steil ansteigt DANN wird sich die Konjunktur im nächsten Quartal nur wenig verbessern.
- Motivation
Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
klein hoch
Was sind Fuzzy Mengen?
AE Bau
µ
1,0mittel
0,8
0,3
0,8%0,4% 0,9%
- Motivation
Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric RinghutFuzzy Regelbasis
IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...
Output
IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...IF... AND...THEN...
- Motivation
Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
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Stefan KoothsEric RinghutFuzzy Inferenz
1. Aktivierungsgrad aller Regeln bestimmen2. Erzeugen der Fuzzy-Inferenzergebnismenge
(grau schraffierte Fläche)3. Defuzzifizierung
(Bsp.: Flächenschwerpunkt)ZG
0,5
0
1sehr klein klein mittel groß sehr groß
Fuzzy Inferenzergebnismenge
scharfer Regelbasis-Output
- Motivation
Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Stefan KoothsEric Ringhut
Fuzzy Inferenzprozess im Überblick
Filterungwahrge-nommene Umwelt
Weight IF Input1 AND Input2 THEN Output
1 low medium medium
2 low very high high
3 medium very low low
4 high very high high
5 low low low
6 high medium medium
7 high very low medium
8 medium low low
9 medium medium medium
10 high medium medium
scharfer Regelbasis
Output
Richtung der Informationsverarbeitung
linguistische Ebenereellwertige Ebene reellwertige Ebene
numerische Input- und Outputdaten
FuzzifizierungInferenz
(Fuzzy Regelbasis)Defuzzifizierung
numerischer Fuzzy Regel-basis-Output
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Stefan KoothsEric Ringhut
Automatische Regelgenerierung
outoutt
maxout t
in1
in2
in1,t
in2,t
max
max
2,tin
1,tin
dt = { outt, in1,t, in2,t }
Regel R:
1
1
1
2
2
2
3
3
3
3 1 2
Termcode
Bsp.: evolutionäres Verfahren - Motivation
Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
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Stefan KoothsEric RinghutLernen
(1) Anpassen der Zentren und Weiten
w1 IF AND THEN
w2 IF AND THEN
w3 IF AND THEN
w4 IF AND THEN
w5 IF AND THEN
w6 IF AND THEN
w7 IF AND THEN
(1)(2)
(3)
(2) Gewichtung der Regeln durch ‚reinforcement‘ und Vergessen
(3) Erzeugen neuer Regeln
- Motivation
Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
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Stefan KoothsEric Ringhut
KI-Techniken als Lernmethoden
NeuronaleNetze (EBP)
Genetische Algorithmen
-1
0
1
1
0
-1
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
F(x1;x2)
x1
x2
- Motivation
Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
- 2
0
22
0
- 2- 0 , 2
0
0 , 2
0 , 4
0 , 6
0 , 8
1
F ( x 1 ; x 2 )
x 1
x 2
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Stefan KoothsEric RinghutGENEFER
Universelles Werkzeug für Design, Handling und Analyse von Fuzzyregel-basen
Erwartungs-Generator für ökonomische Simulationen via COM-Interface
Prognosewerkzeug
- Motivation
- Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric RinghutInterdisziplinarität
Cognitive Science'mental models'
Economicsapplications
Computer Sciencetechnical realization
GENEFER
- Motivation
Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Stefan KoothsEric Ringhut
Entwurf einer FRB in GENEFER
(1) Input Identifizierung
(2) Fuzzifizierung
(3) Regelbasis-Entwurf- Generierung
- Simplifizierung
(4) Fuzzy Regelbasis-Tuning
- Motivation
- Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric RinghutWebseite
www. .de
- Motivation
- Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
Was ist GENEFER?
- Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
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Stefan KoothsEric RinghutDemo
Fokus: „look and feel“ Prognosebeispiel:
Handelsblatt Frühindikator Beispiel 1
Offline-Prognose mit HBI-Inputs
Beispiel 2Input-Identifizierung: FC/FS
- Motivation
- Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric RinghutDaten
Output: BIP Jahrswachstumsrate (Quartale) Inputs (monatlich):
Auftragseingang im Verarbeitenden Gewerbe
Auftrageeingang im Bauhauptgewerbe Einzelhandelsumsätze ifo-Geschäftsklima für das Verarbeitende
Gewerbe Zinstruktur (iL – Fibor)
Zeitraum Jan. 1980 bis Okt. 2001 (265 Monate) BIP-Wachstum bis Q3 2001 Prognose mit dreimonatigem Vorlauf
- Motivation
- Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
Wie funktioniert GENEFER?
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric RinghutPrognosevorlauf
- Motivation
- Welche Erwartungs-bildungshypothese ist in GENEFER abgebildet?
- Was ist GENEFER?
Wie funktioniert GENEFER?
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Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
Ex-post Simulation(FB: triangulär, EBP-Tuning: Lernrate=1 Epochen=25)
-3%
-2%
-1%
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
Jan.80
Jan.81
Jan.82
Jan.83
Jan.84
Jan.85
Jan.86
Jan.87
Jan.88
Jan.89
Jan.90
Jan.91
Jan.92
Jan.93
Jan.94
Jan.95
Jan.96
Jan.97
Jan.98
Jan.99
Jan.00
Jan.01
Jan.02
GDP
HBI: 0,69 %
GENEFER: 0,53 %
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
Ex-post Simulation(FB: Gauss, EBP-Tuning: Lernrate=1, Epochen=25)
-3%
-2%
-1%
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
Jan.80
Jan.81
Jan.82
Jan.83
Jan.84
Jan.85
Jan.86
Jan.87
Jan.88
Jan.89
Jan.90
Jan.91
Jan.92
Jan.93
Jan.94
Jan.95
Jan.96
Jan.97
Jan.98
Jan.99
Jan.00
Jan.01
Jan.02
GDP
HBI: 0,69 %
GENEFER: 0,49 %
25
Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
Ex-ante Simulation ab Mai 1994(FB: Gauss, kein OoS-Lernen)
-3%
-2%
-1%
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
Jan.80
Jan.81
Jan.82
Jan.83
Jan.84
Jan.85
Jan.86
Jan.87
Jan.88
Jan.89
Jan.90
Jan.91
Jan.92
Jan.93
Jan.94
Jan.95
Jan.96
Jan.97
Jan.98
Jan.99
Jan.00
Jan.01
Jan.02
GDP
HBI: 0,46 %
GENEFER: 0,77 %
GENEFER-Prognose
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
Ex-ante Simulation ab Mai 1994(FB: Gauss, OoS-Lernrate: 0,4)
-3%
-2%
-1%
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
Jan.80
Jan.81
Jan.82
Jan.83
Jan.84
Jan.85
Jan.86
Jan.87
Jan.88
Jan.89
Jan.90
Jan.91
Jan.92
Jan.93
Jan.94
Jan.95
Jan.96
Jan.97
Jan.98
Jan.99
Jan.00
Jan.01
Jan.02
GDP
HBI: 0,46 %
GENEFER: 0,36 %
GENEFER-Prognose
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
Ex-ante Simulation ab Mai 1994(FB: triangulär, OoS-Lernrate: 0,4)
-3%
-2%
-1%
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
Jan.80
Jan.81
Jan.82
Jan.83
Jan.84
Jan.85
Jan.86
Jan.87
Jan.88
Jan.89
Jan.90
Jan.91
Jan.92
Jan.93
Jan.94
Jan.95
Jan.96
Jan.97
Jan.98
Jan.99
Jan.00
Jan.01
Jan.02
GDP
HBI: 0,46 %
GENEFER: 0,41 %
GENEFER-Prognose
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Universität Münster,
Institut für industriewirtschaftliche Forschung
Stefan KoothsEric Ringhut
Ex-ante Simulation ab Mai 1994(FB: Gauss, OoS: Lernrate=0,4 Steps=3)
-3%
-2%
-1%
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
Jan.80
Jan.81
Jan.82
Jan.83
Jan.84
Jan.85
Jan.86
Jan.87
Jan.88
Jan.89
Jan.90
Jan.91
Jan.92
Jan.93
Jan.94
Jan.95
Jan.96
Jan.97
Jan.98
Jan.99
Jan.00
Jan.01
Jan.02
GDP
HBI: 0,46 %
GENEFER: 0,41 %
GENEFER-Prognose