Facebook Prophet ist eine Open-Source-Python-Bibliothek, die einen intuitiven und automatisierten Ansatz zur Erfassung von Trends, Jahreszeiten und außergewöhnlichen Ereignissen in Zeitreihen bietet. Finde heraus, warum dieses auf Machine Learning basierende Tool die prädiktive Datenanalyse revolutioniert hat!
Einer der großen technologischen Fortschritte der letzten Zeit ist die Fähigkeit, zukünftige Trends aus historischen Daten vorherzusagen.
Dies ist einer der Hauptvorteile der Data Science, und ihre Anwendungen sind zahlreich. Sie wird sowohl für die Vorhersage des Wetters als auch für die Entwicklung einer Aktie an der Börse verwendet.
Auch im E-Commerce ist sie eine wertvolle Hilfe, um Modetrends vorauszusehen, aber auch im Gesundheitsbereich, um schwere Krankheiten frühzeitig zu diagnostizieren.
Der Schlüssel zu diesen Leistungen ist die Vorhersage von Zeitreihen. Dies ist jedoch selbst für die größten Statistikexperten ein komplizierter Prozess. Um diese Aufgabe zu vereinfachen, hat Meta das Tool Facebook Prophet entwickelt.
Was ist eine Zeitreihe?
Der Begriff Zeitreihe bezeichnet einen Satz von Daten, die chronologisch geordnet sind. Innerhalb eines solchen Datensatzes entspricht jede Beobachtung einem bestimmten Zeitpunkt.
Sie wird als eine kontinuierliche zeitliche Abfolge dargestellt, die oft durch Schwankungen wie Trends oder Jahreszeiten gekennzeichnet ist.
Trends stellen die langfristige Entwicklung dar. Sie können aufsteigend, absteigend oder gleichbleibend sein und durch wirtschaftliche, demografische oder ökologische Faktoren beeinflusst werden.
Jahreszeiten sind regelmäßige oder periodische Veränderungen, die sich in festen Zeitabständen wiederholen. In der Weihnachtszeit zum Beispiel steigt der Verkauf von Geschenken stark an. Das ist eine jährliche Saisonalität.
Man stützt sich auf diese Daten, um Verkaufszahlen, das Wetter oder auch die finanzielle Leistung vorherzusagen. Ihre Modellierung ist jedoch aufgrund mehrerer spezifischer Merkmale heikel.
Zum Beispiel bezeichnet man zufällige und unvorhersehbare Schwankungen in Zeitreihen als „Rauschen“. Es kann mit externen Faktoren oder auch mit Messfehlern zusammenhängen.
Früher basierte die Vorhersage von Zeitreihen auf traditionellen Methoden wie den ARIMA-Modellen (AutoRegressive Integrated Moving Average). Ihre Umsetzung war schwierig und erforderte statistisches Fachwissen. Im Jahr 2017 hat Facebook alles verändert.
Was ist Facebook Prophet?
Facebook Prophet wurde von Sean J. Taylor und Ben Letham entwickelt und ist eine Open-Source-Bibliothek, die eine zugängliche und leistungsfähige Lösung für Zeitreihenprognosen bieten soll.
Sie ist aufgrund ihrer Automatisierungsmöglichkeiten besonders für Nutzer ohne statistisches Fachwissen geeignet. Der Ansatz basiert auf einer Kombination aus traditionellen Methoden und modernen Machine-Learning-Techniken.
Im Gegensatz zu ARIMA-Modellen, die schwer zu konfigurieren sind und nicht immer mit komplexen Jahreszeiten umgehen können, ist Prophet viel einfacher und leistungsfähiger.
Es basiert auf einem additiven Dekompositionsmodell, das die Zeitreihe in drei Hauptkomponenten aufteilt: Trend, Saisonalität und Ferien (d. h. außergewöhnliche Ereignisse).
Die Trendkomponente ermöglicht es, mit langfristigen Entwicklungen umzugehen, während das Saisonalitätsmodell hilft, periodische Schwankungen zu erfassen. Außerdem werden Feiertage und andere Ereignisse automatisch integriert, um die Genauigkeit der Vorhersagen zu verbessern!
Wie funktioniert das Facebook Prophet?
Die Funktionsweise von Facebook Prophet besteht aus drei Hauptphasen. Zunächst werden die Daten in der Vorverarbeitungsphase gesäubert und aufbereitet.
Das Tool kümmert sich automatisch um fehlende Werte, Anomalien und Ausreißer (Outlier). So können sich die Nutzer auf das Verständnis der Zeitreihe konzentrieren, anstatt diese Aufgaben manuell zu erledigen.
Anschließend berücksichtigt die Modellierung den Trend und die Saisonalität, um die Komponenten zu schätzen, die mit jeder Zeitbeobachtung verbunden sind.
Jede Saison kann täglich, wöchentlich, monatlich, jährlich oder kontextabhängig angepasst werden. Nach dieser Schätzung erstellt Prophet die Prognosen für den gewünschten zukünftigen Zeitraum.
Vor- und Nachteile von Facebook Prophet?
Eine der größten Stärken von Facebook Prophet ist natürlich seine Benutzerfreundlichkeit. Selbst nicht technisch versierte Nutzer können es leicht nutzen, um schnelle und effektive Vorhersagen zu treffen.
Dieses Tool demokratisiert also die Modellierung von Zeitreihen für ein breiteres Publikum. Darüber hinaus ist der automatische Umgang mit außergewöhnlichen Ereignissen ein wertvoller Vorteil.
Dadurch werden saisonale Schwankungen an diesen Tagen berücksichtigt, was die Genauigkeit der Vorhersagen in besonderen Zeiten verbessert.
Und für komplexe Zeitreihen mit mehreren Ebenen der Saisonalität ist Prophet durch seine Fähigkeit, mehrere Jahreszeiten zu verwalten, ideal. Das macht es zu einer vielseitigen Lösung für eine Vielzahl von Anwendungen.
Dennoch ist es wichtig, die Grenzen dieser Lösung zu kennen. Wie jedes statistische Modell kann es durch Ausreißer beeinflusst werden, die die Vorhersagen verfälschen.
Deshalb ist die Vorverarbeitung der Daten unerlässlich, um diesen Effekt zu minimieren. Außerdem kann es für das Tool schwierig sein, komplexere und nichtlineare Abhängigkeiten zwischen Variablen zu erfassen…
Was sind die Anwendungsbereiche?
Seit seiner Einführung hat sich Facebook Prophet in der E-Commerce-Branche weitgehend durchgesetzt. Viele Webseiten nutzen es, um den Verkauf von Produkten und deren Erfolg vorherzusagen.
Auf der Grundlage vergangener Verkaufsdaten, saisonaler Trends und besonderer Ereignisse wie Werbeaktionen oder Schlussverkäufe kann diese Python-Bibliothek genaue Prognosen erstellen.
Dadurch können Unternehmen ihre Lagerbestände besser verwalten, Marketingkampagnen planen und Geschäftsspitzen vorhersehen.
Auch in der Finanzbranche hat Prophet alles verändert, indem es die Analyse historischer Umsatz- und Gewinndaten ermöglicht, um Trends und Jahreszeiten zu erkennen.
Mit diesen entscheidenden Informationen zur Leistungsprognose können Entscheidungsträger bei der Budgetplanung und bei Investitionsentscheidungen Wachstums- und Abschwungphasen vorhersehen.
Investoren und andere Finanzinstitute können sie auch nutzen, um Schwankungen von Aktienkursen, Wechselkursen oder Rohstoffpreisen vorherzusagen. So können sie ihre Risiken minimieren.
Im Gesundheitsbereich ermöglicht das Tool die Vorhersage von Zeitreihen medizinischer Daten. Dazu gehören z. B. Krankenhauseinweisungen, Arztbesuche oder Infektionsraten.
Krankenhäuser können so ihre Ressourcen besser planen, Spitzenbelastungen vorhersehen und die Patienten besser versorgen.
Fazit: Facebook Prophet, Zeitreihenprognose für jedermann zugänglich
Facebook Prophet ist so einfach, dass es einem breiten Publikum die Möglichkeit bietet, Zeitreihenprognosen zu erstellen.
Das Tool wird sowohl von Data Science-Experten als auch von Geschäftsanwendern genutzt und bietet ihnen eine Vielzahl neuer Möglichkeiten.
Als Open-Source-Bibliothek wird sie im Laufe der Zeit von Forschern und Entwicklern immer weiter verbessert. Man kann also davon ausgehen, dass sie auch in Zukunft einen wichtigen Platz im Bereich der prädiktiven Analyse einnehmen wird.
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