Suavizamiento Exponencial Simple (Ejercicios Resueltos)

El método de Suavizamiento Exponencial Simple (conocido también como Alisamiento Exponencial o Suavización Exponencial Simple) corresponde a una de las metodologías más populares para realizar Pronósticos de Demanda al disponer de una serie de tiempo. En este contexto en el artículo Pronóstico de Demanda con Alisamiento Exponencial para distintos valores de Alfa se detalla la aplicación de este método simulando su comportamiento y ajuste a los datos de la demanda real para distintos valores del parámetro de suavización alfa (α). A continuación presentaremos un compendio de ejercicios resueltos de Suavizamiento Exponencial Simple y un resumen de los principales conceptos tras este método.

El pronóstico del período t (F_{t}) será igual al pronóstico del período anterior, es decir, del período t-1 (F_{t-1}) más alfa (α) por el error del período anterior (A_{t-1}-F_{t-1}), según se muestra en la fórmula a continuación:

Alisamiento Exponencial

Ejercicios Resueltos de Suavizamiento Exponencial Simple

Ejercicio N°1: Una empresa de consumo masivo lleva registro de la demanda mensual de uno de sus productos emblemáticos para un período de un año. Dicha información se presenta en la columna etiquetada Demanda en la imagen a continuación. Se requiere utilizar el método de suavizamiento exponencial simple considerando tres valores para el parámetro de suavizamiento alfa: 0,1; 0,5 y 0,9. Obtener el pronóstico del período 13 (mes de Enero del año siguiente) y evaluar el ajuste del método para cada uno de los valores de alfa propuestos.

suavizacion-exponencial-par

Recordar que el suavizado exponencial simple requiere de un primer pronóstico para su aplicación. En este caso hemos decidido generar un pronóstico a contar del segundo período (mes de Febrero) y asumir que dicho valor corresponde a la demanda real del mes anterior (mes de Enero o período 1). Este criterio por cierto es arbitrario y se podría seleccionar otro punto de partida, por ejemplo, un promedio para la demanda real de los 12 meses.

Adicionalmente en las columnas E, F y G de la imagen anterior se observa los pronósticos para alfa 0,1, 0,5 y 0,9, respectivamente. En particular se puede corroborar la fórmula utilizada para obtener el pronóstico del mes de Febrero utilizando α=0,1 (celda E5), donde los resultados han sido aproximados al entero más cercano.

Ejercicio N°2: Considerando la información del Ejercicio N°1 ¿Cuál de los 3 métodos tiene asociado una menor Desviación Absoluta Media (MAD)?.

Para obtener el MAD (Mean Absolute Deviation) o Desviación Absoluta Media, aplicamos el procedimiento descrito en el artículo Calculo del MAD y la Señal de Rastreo para un Pronóstico de Demanda. En la planilla interactiva a continuación puedes simular tanto los pronósticos como el comportamiento del MAD para distintos valores de alfa. Para ello basta con editar las celdas en color amarillo.

En caso de obtener un error del tipo #VALUE! ingrese los valores de α utilizando . (punto) como separador de decimal, por ejemplo, α=0.1.

Conclusión: El alfa que provee el menor MAD al período 12 entre las 3 alternativas evaluadas (0,1, 0,5 y 0,9) es α=0,1 (MAD de 449,7). En efecto se puede corroborar utilizando el módulo Predictor de Crystal Ball (según se describe en Cómo utilizar el Módulo Predictor en Crystal Ball para Promedio Móvil Simple y Suavizado Exponencial Simple) que α=0,001 es el valor de alfa que minimiza el MAD en este ejemplo.

crystal-ball-suavizado-expo

Ejercicio N°3: Asuma nuevamente la información del Ejercicio N°1 ¿Cuál de los 3 métodos tiene asociado un menor Error Porcentual Absoluto Medio (MAPE)?.

A continuación se presentan los resultados del cálculo del MAPE donde en particular se puede observar que la fórmula de cálculo es simplemente el promedio de los errores absolutos en términos porcentuales. Luego se concluye que al igual que en el Ejercicio N°2 el parámetro alfa que tiene mejor desempeño en relación al MAPE es α=0,1.

calculo-mape-suavizado-expo

Observación: En la pantalla de los resultados obtenidos con Predictor de Crystal Ball se observa que para α=0,001 el valor del MAPE es 22,43%. Te recomendamos verificar el resultado anterior haciendo uso del procedimiento anteriormente descrito.

Ejercicio N°4: Calcule y grafique la Señal de Rastreo (Tracking Signal o TS) para los métodos aplicados en el Ejercicio N°1.

señal-de-rastreo-suavizamie

Se observa que la Señal de Rastreo se encuentra en los límites comúnmente aceptados [-4,4] MAD. Adicionalmente no se observa una tendencia evidente en su comportamiento por lo cual no se evidencia la presencia de error sistemático. Criterios y antecedentes similares sobre la interpretación conceptual de este indicador de desempeño se aborda en el artículo Interpretación de la Señal de Rastreo de un Pronóstico de Demanda.

Conclusión: En general el método de Suavizamiento de Exponencial Simple tiene un mejor desempeño cuando la serie de tiempo no presenta tendencia ni estacionalidad marcada. En el caso de evidenciar alguno de estos componentes en la serie de tiempo (o ambos de forma simultanea) se recomienda explorar otros métodos de pronóstico como el Método de Suavizamiento Exponencial Ajustado a la Tendencia (Suavización Exponencial Doble) o el Método de Descomposición (entre otros).

patrones-series-de-tiempo

Tratamiento de Puntos Atípicos en Series de Tiempo con R Software

Los puntos atípicos (también denominados puntos aberrantes o outliers) siempre son un problema al momento de querer ajustar una serie de tiempo, o querer hacer predicciones para valores futuros. Recordamos al lector que una serie de tiempo se define como un conjunto de valores observados en un horizonte de tiempo y cumplen con ser equidistantes (por lo tanto, pueden ser observaciones tomadas por días, meses, trimestres, años, etc.).

Además, otra observación importante es que la decisión a tomar con respecto a qué se debe hacer con dichos valores es una elección que considera aspectos cuantitativos como cualitativos, ya que si bien se pueden utilizar test para decidir qué hacer con el punto, la decisión final siempre dependerá del modelador: pueden haber aspectos importantes en los datos que un test estadístico no es capaz de evaluar, y si el modelador cree que el punto debe estar por que representa un aspecto de la realidad, entonces se deberán asumir las consecuencias que implica dejar un punto que cuantitativamente puede ser considerado atípico.

En este artículo presentamos una forma de tratar puntos atípicos en una serie de tiempo. Los datos presentados se ordenan mensualmente en un horizonte de 8 años, y se utilizará R software (un programa freeware) para identificar y eliminar dichos puntos.

Siempre lo primero que debemos realizar al tener un conjunto de datos, es graficarlos para ver a priori su comportamiento. Este ejemplo utiliza una librería llamada “tseries”. Para descargarla, se debe seguir la siguiente instrucción: En el menú superior ir a la pestaña Paquetes:

Paquetes ==> Instalar Paquete(s)… ==> Seleccionar servidor ==> tseries

La siguiente porción de código permite cargar los datos, transformarlos en una serie y luego graficarlos.

#R Code
library(tseries) #Cargamos la librería
#Los datos están guardados en la variable data
data <- read.table("EjemploGEO.txt",header=T) 
#La serie de tiempo está guardada en la varaible fit
fit <- ts(data,frequency=12,start=2000)
#Dividimos la pantalla de gráfico en dos
par(mfrow=c(1,2))
#Graficamos la serie de tiempo y una caja con bigotes
plot(fit)
boxplot(fit)

El resultado se puede apreciar en la siguiente imagen:

datos atípicos series de tiempo

Como se puede ver, gráficamente podemos identificar dos puntos aberrantes, cerca del año 2002 y 2006. Además, un análisis mediante la caja con bigotes nos muestra cuatro puntos aberrantes. Este diagrama puede ser un poco más estricto, por lo tanto acá es importante destacar que es decisión del modelador sacar los cuatro, sólo dos (los de mayor impacto que se ven en el gráfico de la izquierda) o ninguno.

Para este ejemplo, consideraremos que vamos a sacar sólo los puntos que generan un mayor impacto en la serie, y son los que se pueden ver en el gráfico de la izquierda.

El análisis gráfico nos ayuda pero nunca es concluyente. Por lo anterior debemos utilizar siempre métodos cuantitativos para identificar los puntos (recordando nuevamente que la decisión sobre qué hacer con ellos depende tanto de factores cuantitativos como cualitativos).

Para poder identificar puntos outliers en la serie de tiempo, ocuparemos la librería “tsoutliers” la cual se puede descargar de la misma forma enseñada anteriormente.

#R Code
library(tsoutliers) #Cargamos la librería
#El comando tso identifica los puntos atípicos de la serie
outliers <- tso(fit) 
#Graficamos la nueva serie
plot(outliers)

El resultado se muestra a continuación:

dato atípico r software

Podemos ver que esta función logra identificar (y pone en rojo) los puntos que considera aberrantes en la serie, y no sólo hace eso, sino que gráfica una serie “ajustada” (en azul), calculando un nuevo valor para dichos puntos en base a la información de los otros puntos pertenecientes a los datos.

¿Qué hacer con los puntos aberrantes?: Podemos sacarlos, modificarlos o dejarlos como están. Si los sacamos perdemos información; pero si los dejamos como están afectarán en la predicción de los valores futuros.

Una primera aproximación en estos casos siempre es calcular un promedio de los valores que están cerca del punto donde se produce el dato atípico, además, los estadísticos han desarrollado métodos más sofisticados para tratar con ellos, y dejamos este estudio al lector.

Como mencionamos anteriormente, esta función genera un valor que se ajusta de acuerdo al comportamiento de los datos (como se puede ver en el gráfico azul), por lo que utilizaremos dichos valores para ajustar una nueva serie, la cual tendrá los puntos aberrantes corregidos (dejamos también al estudio del lector la forma en que esta función modifica los datos, lo cual se puede encontrar en la documentación de la función disponible vía web).

#R Code
#Obtenemos los valores modificados
newserie <- outliers$yadj 
#Dividimos la pantalla de gráficos en 2
par(mfrow=c(1,2))
#Graficamos la serie antigua y la nueva
plot(fit)
plot(newserie) 

serie de tiempo r software

Podemos ver la nueva forma que tiene la serie, al tener valores modificados para los puntos atípicos (cuidado: la serie ha cambiado su forma drásticamente debido a los puntos aberrantes, pero el efecto se incrementa ya que ha cambiado la escala a la que se muestran ambos gráficos, notar que en el de la izquierda llega hasta 2.500 y ahora sólo hasta 1.400).

Como hemos podido ver, este simple método nos ha permitido hacer un tratamiento sobre los puntos atípicos identificados en la serie de datos. Como hemos mencionado reiteradamente, existen varios métodos para poder hacer esto, y la decisión final siempre tendrá una parte subjetiva que depende del modelador, ya que los criterios pueden variar, y puede ser que el origen de los datos justifique (y permita) la existencia de los puntos aberrantes. Para concluir, con la modificación realizada ahora si podemos pensar en predecir los valores futuros de la serie.

Método de Suavizamiento Exponencial Ajustado a la Tendencia (Suavización Exponencial Doble)

Los métodos de pronóstico de demanda de series de tiempo como Suavizamiento Exponencial (Alisamiento Exponencial) y Media Móvil Simple, tienen un mejor desempeño cuando el patrón histórico de la demanda no evidencia tendencia ni estacionalidad marcada como se observa en el gráfico a continuación. En particular en el caso del Suavizamiento Exponencial, si la serie de tiempo tiene una tendencia creciente se tenderá a subestimar la demanda real y de forma análoga cuando la demanda presenta una tendencia decreciente el alisamiento exponencial tenderá a sobrestimar el valor de la demanda real.

patrones-series-de-tiempo

Para mejorar la calidad del pronóstico al observar una tendencia en la serie de tiempo se puede considerar el método de Suavizamiento Exponencial Doble, conocido también como Suavizamiento Exponencial Ajustado a la Tendencia o Método de Holt. Cabe recordar que una tendencia es un incremento o decremento sistemático en el promedio de la serie a través del tiempo. Luego, el método de Suavizamiento Exponencial Doble busca incorporar la tendencia en un pronóstico suavizado exponencialmente.

Para su cálculo se requieren dos constantes de suavizamiento: αβ, realizándose las siguientes estimaciones:

formula-suavizamiento-expon

Donde A_{t} es el promedio suavizado exponencialmente de la serie en el período t, T_{t} el promedio suavizado exponencialmente de la tendencia en el período t, α el parámetro de suavizamiento para el promedio, con un valor entre 0 y 1, β el parámetro de suavizamiento para la tendencia, con un valor entre 0 y 1 y F_{t+1} el pronóstico para el período t+1.

Ejemplo Suavizamiento Exponencial Doble

Un laboratorio clínico realiza exámenes de sangre cada semana. En promedio el laboratorio realizó 28 análisis de sangre cada semana durante las últimas cuatro semanas. Adicionalmente la tendencia en ese período fue de tres muestras adicionales por semana. La demanda en esta semana fue de 27 análisis de sangre. Si α=0,2 y β=0,2 se requiere calcular el pronóstico correspondiente a la semana próxima.

suavizamiento-exponencial-d

En el caso que el número real de exámenes en la semana 2 resultará ser 44, entonces el pronóstico actualizado para la semana 3 sería el siguiente:

ejemplo-suavizamiento-doble

A continuación se presenta un gráfico con el comportamiento de la demanda real y el pronóstico con Suavizamiento Exponencial Doble para los datos del ejemplo anterior.

grafico-suavizamiento-expon

Finalmente ponemos a disposición de nuestros usuarios una plantilla que permite editar los datos de la demanda real (celdas color amarillo claro) y los datos iniciales A_{0}T_{0} (celdas celestes), junto con el valor de los parámetros αβ. Al modificar la información de dichas celdas se actualiza automáticamente los pronósticos, el error de cada período, el MAD (Desviación Media Absoluta) y el gráfico que contrasta el comportamiento de la demanda real con el pronóstico.

En caso de obtener un error del tipo #VALUE! ingrese los valores de αβ utilizando . (punto) como separador de decimal, por ejemplo, α=0.2.

Ejemplo de una Regresión Lineal Múltiple para un Pronóstico con Excel y Minitab

Los métodos de pronósticos de relaciones causales establecen que el comportamiento o variación de una variable de interés se puede explicar a través de una o más variables que se presume tienen un efecto significativo sobre ella. Tal sería el caso de si por ejemplo se intenta explicar las ventas de casas en un país a través de variables como la tasa de interés promedio para créditos hipotecarios, PIB per cápita, subsidios del estado para adquisición de nuevas viviendas, crecimiento demográfico, entre otras.

Ejemplo de una Regresión Lineal Múltiple

En el siguiente artículo desarrollaremos un pronóstico a través de una regresión lineal múltiple que en términos generales se puede representar por Y=\beta_{0}+\beta_{1}X_{1}+\beta_{2}X_{2}+\cdots +\beta_{k}X_{k} donde Y es la variable dependiente, X_{1},X_{2},\cdots ,X_{k} las variables independientes y \beta _{0},\beta _{1},\beta _{2},\cdots,\beta _{k} los coeficientes de la regresión. En particular consideraremos en el siguiente ejemplo una variable dependiente (Ganancias en Millones de $) y 2 variables explicativas o independientes (Número de Vendedores y Precio del Producto $), es decir, Y=\beta _{0}+\beta _{1}X_{1}+\beta _{2}X_{2}, donde X_{1} es el N° de Vendedores y X_{2} el Precio del Producto ($). La información se resume en la tabla a continuación:

datos-regresion-lineal-mult

En el artículo Cómo utilizar una Regresión Lineal para realizar un Pronóstico de Demanda se detalla el procedimiento para obtener una regresión lineal simple con una variable explicativa, lo cual se favorece con la utilización de las herramientas que provee Excel como se muestra en los siguientes gráficos:

graficos-regresion-lineal-s

¿Qué sucede si ahora buscamos explicar las Ganancias en Millones de $ a través del Número de Vendedores y Precio del Producto $? (ambas variables independientes o explicativas en forma simultanea). Existen varias alternativas para lograr lo anterior. Un procedimiento sencillo es utilizar la herramienta de Análisis de Datos de Excel cuya implementación se muestra a continuación:

estadisticas-regresion-mult

Otra alternativa es hacer uso del software estadístico Minitab 17. El siguiente tutorial muestra la implementación computacional:

salida-regresion-multiple-m

La diferencia en los coeficientes de la regresión de ambos procedimientos obedece sólo a aspectos de visualización de los resultados. Luego, la interpretación es la siguiente: las variables independientes Número de Vendedores y Precio del Producto $ explican el 97,23% de la variación de las Ganancias en Millones de $. Notar que al considerar 2 variables independientes el coeficiente de determinación r cuadrado aumenta en comparación a las alternativas que consideran sólo una variable independiente o explicativa.

¿Quieres tener el archivo Excel con la Regresión Lineal Múltiple desarrollada en este ejemplo?

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MUCHAS GRACIAS!. DESCARGA AQUÍ EL ARCHIVO

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El éxito de GameLab en el Desarrollo de Juegos de Simulación de Procesos y Negocios

GameLab, y su lema: from Classroom to playground (de la sala de clases al patio de juegos) constituye un excelente resumen de la orientación de esta empresa tecnológica fundada en Chile dedicada al desarrollo de juegos de simulación para cursos y universidades. El objetivo de sus distintos juegos es crear una experiencia inolvidable para los estudiantes en el contexto de un ambiente de aprendizaje dinámico y entretenido.

El siguiente artículo corresponde a una entrevista realizada en Junio de 2015 a Bernardo Pagnoncelli, socio fundador y Director Creativo de GameLab, ha quien personalmente he tenido el privilegio de conocer en el ámbito académico lo que nos ha permitido mantener una amistad a la fecha.

gamelab-logo

¿Cuándo y cómo nace GameLab?

Yo hago clases en la Universidad Adolfo Ibáñez (Santiago, Chile) desde el año 2009, y capturar la atención de los alumnos ha sido un desafío constante. Los alumnos llegan tarde a las clases, miran sus celulares, quieren conversar con sus colegas y son pocos los que están interesados en la clase. Yo dictaba el curso con Felipe Walker y los dos discutíamos mucho sobre este problema, en los intervalos de las clases. Yo le mencioné que un amigo ocupaba simulaciones digitales en la la sala de clase y que él había logrado aumentar la atención de los alumnos con esta herramienta. Sin embargo, la simulación no era visualmente atractiva y tenía una temática desactualizada. Felipe propuso implementar en computador con dos alumnos una de las actividades que hacíamos en clase ocupando lápiz y papel. Probamos la simulación en las clases de Gestión de Operaciones en pregrado y fue un éxito, prácticamente todos los alumnos participaban activamente, hacían preguntas, y querían ganar a sus compañeros.

¿Cuáles son las cátedras más idóneas en las cuales se pueden utilizar los juegos de GameLab?

Hemos utilizado en los cursos de Gestión de Operaciones a nivel de pregrado, Magíster y MBA y en el curso de gestión de precios en Marketing. Los juegos sirven para cursos en el área de Economía (teoría de juegos), Personas, (Negociación) y otros de Operaciones como Supply Chain Management y Programación Lineal.

¿Qué recomendaciones generales se les puede hacer a aquellos profesores que administran la simulación de alguno de los juegos? 

A los Profesores que ocupan los juegos les pasamos, además de un manual, un documento con una descripción detallada de los conceptos abordados en las simulaciones. Incluimos duración sugerida de cada etapa, preguntas que deben ser hechas, respuestas típicas de los alumnos, estrategias para jugar mejor, etc. Además de leer el documento, recomendamos que los Profesores jueguen en su computador la simulación un par de veces para acostumbrarse a la interfaz.

¿Cuál ha sido la experiencia de los clientes de GameLab en la utilización de los juegos de simulación? ¿Qué opinan los alumnos?

Hasta ahora la experiencia ha superado las expectativas. Tenemos un 100% de recompra, una vez que el Profesor incorpora la simulación a su programa se hace difícil sacarlo y volver a la metodología clásica. En las encuestas docentes hemos recibido muchos comentarios positivos, recalcando que esta metodología permite que se aprenda más y que invita a una mayor participación por parte del alumno.

¿Cuáles son los futuros planes para la empresa? ¿Se contempla la creación de nuevos juegos o el fortalecimiento de los actualmente disponibles?

GameLab sigue creciendo. Hace dos semanas nos ganamos un concurso en la incubadora Chrysalis, de la PUC de Valparaíso, y queremos expandir la oferta de juegos que tenemos. Además de Chile, en el momento estamos presentes en Estados Unidos, Canadá, Argentina e Italia. Una parte de los fondos será utilizada en una estrategia de marketing más agresiva, para aumentar la presencia mundial de la empresa. Del punto de vista de desarrollo, tenemos planes de crear otros juegos de Operaciones, y desarrollar nuevos productos en áreas como Finanzas, Contabilidad, Marketing y Economía.

¿Es posible acceder a versiones de prueba de los juegos? ¿Cómo se debe proceder?

En la página de GameLab (www.gamelab.cl) se pueden ver vídeos de los 3 juegos que tenemos actualmente. Los profesores interesados en acceder a versiones de prueba deben escribir a [email protected]. Y los alumnos deben mencionar a sus profesores que quieren ocupar nuestros productos en sus clases!.

A continuación les dejamos a nuestros usuarios de Gestión de Operaciones un vídeo del juego SodaPop Game desarrollado por GameLab que permite introducir los conceptos de procesos, demanda, inventarios e indicadores de servicio y que desarrollaremos con mayor detalle en un próximo artículo: