Questo tutorial spiega come utilizzare un modello di serie temporali univariate ARIMA_PLUS per prevedere il valore futuro di una determinata colonna in base ai valori storici di quella colonna.
Questo tutorial prevede una singola serie temporale. I valori previsti vengono calcolati una volta per ogni punto temporale nei dati di input.
Questo tutorial utilizza i dati della tabella di esempio pubblica bigquery-public-data.google_analytics_sample.ga_sessions. Questa tabella contiene dati e-commerce offuscati di Google Merchandise Store.
Obiettivi
Questo tutorial ti guiderà nel completamento delle seguenti attività:
- Creare un modello di serie temporali per prevedere il traffico del sito utilizzando l'istruzione
CREATE MODEL. - Valutare le informazioni del modello ARIMA (Autoregressive Integrated Moving Average) utilizzando la funzione
ML.ARIMA_EVALUATE. - Ispezionare i coefficienti del modello utilizzando la funzione
ML.ARIMA_COEFFICIENTS. - Recuperare le informazioni sul traffico del sito previsto dal modello utilizzando la funzione
ML.FORECAST. - Recupero di componenti delle serie temporali, come stagionalità e tendenza, utilizzando la funzione
ML.EXPLAIN_FORECAST. Puoi esaminare questi componenti delle serie temporali per spiegare i valori previsti.
Costi
Questo tutorial utilizza componenti fatturabili di Google Cloud, tra cui:
- BigQuery
- BigQuery ML
Per ulteriori informazioni sui costi di BigQuery, consulta la pagina Prezzi di BigQuery.
Per saperne di più sui costi di BigQuery ML, consulta Prezzi di BigQuery ML.
Prima di iniziare
-
In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.
Roles required to select or create a project
- Select a project: Selecting a project doesn't require a specific IAM role—you can select any project that you've been granted a role on.
-
Create a project: To create a project, you need the Project Creator role
(
roles/resourcemanager.projectCreator), which contains theresourcemanager.projects.createpermission. Learn how to grant roles.
-
Verify that billing is enabled for your Google Cloud project.
- BigQuery viene abilitato automaticamente nei nuovi progetti.
Per attivare BigQuery in un progetto preesistente, vai a
Abilita l'API BigQuery, se non è già abilitata.
Ruoli richiesti per abilitare le API
Per abilitare le API, devi disporre dell'autorizzazione
serviceusage.services.enable. Se hai creato il progetto, probabilmente hai già questa autorizzazione tramite il ruolo Proprietario (roles/owner). In caso contrario, puoi ottenere questa autorizzazione tramite il ruolo Amministratore Service Usage (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin). Scopri come concedere i ruoli.
Autorizzazioni richieste
Per creare il set di dati, devi disporre dell'autorizzazione IAM
bigquery.datasets.create.Per creare il modello, devi disporre delle seguenti autorizzazioni:
bigquery.jobs.createbigquery.models.createbigquery.models.getDatabigquery.models.updateData
Per eseguire l'inferenza, devi disporre delle seguenti autorizzazioni:
bigquery.models.getDatabigquery.jobs.create
Per saperne di più sui ruoli e sulle autorizzazioni IAM in BigQuery, consulta Introduzione a IAM.
Crea un set di dati
Per creare un set di dati BigQuery, seleziona una delle seguenti opzioni:Console
Nella console Google Cloud , vai alla pagina BigQuery.
Nel riquadro a sinistra, fai clic su Explorer:

Se non vedi il riquadro a sinistra, fai clic su Espandi riquadro sinistro per aprirlo.
In Explorer, espandi il progetto, quindi fai clic su Set di dati.
Nella pagina Set di dati, fai clic su Crea set di dati.
Nel riquadro Crea set di dati, segui questi passaggi:
In ID set di dati, inserisci
bqml_tutorial.Per Località dei dati, seleziona USA.
Lascia invariate le altre impostazioni predefinite.
Fai clic su Crea set di dati.
bq
Per creare un nuovo set di dati, utilizza il
comando bq mk --dataset.
Crea un set di dati denominato
bqml_tutorialcon la località dei dati impostata suUS:bq mk --dataset \ --location=US \ --description "BigQuery ML tutorial dataset." \ bqml_tutorial
Verifica che il set di dati sia stato creato:
bq ls
API
Chiama il metodo datasets.insert con una risorsa del set di dati definita:
{ "datasetReference": { "datasetId": "bqml_tutorial" } }
BigQuery DataFrames
Prima di provare questo esempio, segui le istruzioni di configurazione di BigQuery DataFrames nella guida rapida di BigQuery per l'utilizzo di BigQuery DataFrames. Per saperne di più, consulta la documentazione di riferimento di BigQuery DataFrames.
Per eseguire l'autenticazione in BigQuery, configura le Credenziali predefinite dell'applicazione. Per saperne di più, consulta Configura ADC per un ambiente di sviluppo locale.
Visualizza i dati di input
Prima di creare il modello, puoi facoltativamente visualizzare i dati delle serie temporali di input per farti un'idea della distribuzione. Puoi farlo utilizzando Data Studio.
Segui questi passaggi per visualizzare i dati delle serie temporali:
SQL
Nella seguente query GoogleSQL, l'istruzione SELECT analizza la colonna date dalla tabella di input al tipo TIMESTAMP e la rinomina in parsed_date, quindi utilizza la clausola SUM(...) e la clausola GROUP BY date per creare un valore totals.visits giornaliero.
Nella console Google Cloud , vai alla pagina BigQuery.
Nell'editor di query, incolla la query seguente e fai clic su Esegui:
SELECT PARSE_TIMESTAMP("%Y%m%d", date) AS parsed_date, SUM(totals.visits) AS total_visits FROM `bigquery-public-data.google_analytics_sample.ga_sessions_*` GROUP BY date;
Al termine della query, fai clic su Apri in > Data Studio. Data Studio si apre in una nuova scheda. Completa i seguenti passaggi nella nuova scheda.
In Data Studio, fai clic su Inserisci > Grafico delle serie temporali.
Nel riquadro Grafico, scegli la scheda Configurazione.
Nella sezione Metrica, aggiungi il campo total_visits e rimuovi la metrica predefinita Conteggio record. Il grafico risultante è simile al seguente:
Osservando il grafico, puoi notare che la serie temporale di input ha un pattern stagionale settimanale.
BigQuery DataFrames
Prima di provare questo esempio, segui le istruzioni di configurazione di BigQuery DataFrames nella guida rapida di BigQuery per l'utilizzo di BigQuery DataFrames. Per saperne di più, consulta la documentazione di riferimento di BigQuery DataFrames.
Per eseguire l'autenticazione in BigQuery, configura le Credenziali predefinite dell'applicazione. Per saperne di più, consulta Configura ADC per un ambiente di sviluppo locale.
Il risultato è simile al seguente:
Crea il modello di serie temporali
Crea un modello di serie temporali per prevedere le visite totali al sito, rappresentate dalla colonna totals.visits, e addestralo sui dati di Google Analytics 360.
SQL
Nella query seguente, la clausola OPTIONS(model_type='ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col='date', ...) indica che stai creando un modello di serie temporali basato su ARIMA. L'opzione auto_arima dell'istruzione CREATE MODEL è impostata su TRUE per impostazione predefinita, quindi l'algoritmo auto.ARIMA ottimizza automaticamente gli iperparametri nel modello. L'algoritmo adatta decine di modelli candidati e sceglie il modello migliore, ovvero quello con il valore più basso dell'Akaike Information Criterion (AIC).
L'opzione data_frequency delle istruzioni CREATE MODEL è impostata su AUTO_FREQUENCY per impostazione predefinita, quindi il processo di addestramento deduce automaticamente la frequenza dei dati della serie temporale di input. L'opzione decompose_time_series dell'istruzione CREATE MODEL è impostata su TRUE per impostazione predefinita, in modo che le informazioni sui dati delle serie temporali vengano restituite quando valuti il modello nel passaggio successivo.
Per creare il modello, segui questi passaggi:
Nella console Google Cloud , vai alla pagina BigQuery.
Nell'editor di query, incolla la query seguente e fai clic su Esegui:
CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model` OPTIONS (model_type = 'ARIMA_PLUS', time_series_timestamp_col = 'parsed_date', time_series_data_col = 'total_visits', auto_arima = TRUE, data_frequency = 'AUTO_FREQUENCY', decompose_time_series = TRUE ) AS SELECT PARSE_TIMESTAMP("%Y%m%d", date) AS parsed_date, SUM(totals.visits) AS total_visits FROM `bigquery-public-data.google_analytics_sample.ga_sessions_*` GROUP BY date;
Il completamento della query richiede circa 4 secondi, dopodiché puoi accedere al modello
ga_arima_model. Poiché la query utilizza un'istruzioneCREATE MODELper creare un modello, non vengono visualizzati i risultati della query.
BigQuery DataFrames
Prima di provare questo esempio, segui le istruzioni di configurazione di BigQuery DataFrames nella guida rapida di BigQuery per l'utilizzo di BigQuery DataFrames. Per saperne di più, consulta la documentazione di riferimento di BigQuery DataFrames.
Per eseguire l'autenticazione in BigQuery, configura le Credenziali predefinite dell'applicazione. Per saperne di più, consulta Configura ADC per un ambiente di sviluppo locale.
Valuta i modelli candidati
SQL
Valuta i modelli di serie temporali utilizzando la funzione ML.ARIMA_EVALUATE. La funzione ML.ARIMA_EVALUATE mostra le metriche di valutazione di tutti i modelli candidati valutati durante il processo di ottimizzazione automatica degli iperparametri.
Per valutare il modello:
Nella console Google Cloud , vai alla pagina BigQuery.
Nell'editor di query, incolla la query seguente e fai clic su Esegui:
SELECT * FROM ML.ARIMA_EVALUATE(MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model`);
I risultati dovrebbero essere simili ai seguenti:
BigQuery DataFrames
Prima di provare questo esempio, segui le istruzioni di configurazione di BigQuery DataFrames nella guida rapida di BigQuery per l'utilizzo di BigQuery DataFrames. Per saperne di più, consulta la documentazione di riferimento di BigQuery DataFrames.
Per eseguire l'autenticazione in BigQuery, configura le Credenziali predefinite dell'applicazione. Per saperne di più, consulta Configura ADC per un ambiente di sviluppo locale.
Le colonne di output non_seasonal_p, non_seasonal_d, non_seasonal_q e has_drift definiscono un modello ARIMA nella pipeline di addestramento. Le colonne di output log_likelihood, AIC e variance sono pertinenti al processo di adattamento del modello ARIMA.
L'algoritmo auto.ARIMA utilizza il
test KPSS per determinare il valore migliore
per non_seasonal_d, che in questo caso è 1. Quando non_seasonal_d è 1, l'algoritmo auto.ARIMA addestra 42 diversi modelli ARIMA candidati in parallelo.
In questo esempio, tutti i 42 modelli candidati sono validi, quindi l'output contiene 42 righe, una per ogni modello ARIMA candidato. Se alcuni modelli non sono validi, vengono esclusi dall'output. Questi modelli candidati vengono restituiti in ordine crescente in base all'AIC. Il modello nella prima riga ha l'AIC più basso ed è considerato il modello migliore. Il modello migliore viene salvato come modello finale e viene utilizzato quando chiami funzioni come ML.FORECAST sul modello
La colonna seasonal_periods contiene informazioni sul pattern stagionale identificato nei dati delle serie temporali. Non ha nulla a che fare con la modellazione ARIMA, pertanto ha lo stesso valore in tutte le righe di output. Riporta un pattern settimanale, che concorda con i risultati che hai visto se hai scelto di visualizzare i dati di input.
Le colonne has_holiday_effect, has_spikes_and_dips e has_step_changes vengono compilate solo quando decompose_time_series=TRUE. Queste colonne riflettono anche le informazioni sui dati delle serie temporali di input e non sono correlate alla modellazione ARIMA. Anche queste colonne hanno gli stessi valori in tutte le righe di output.
La colonna error_message mostra gli errori che si sono verificati durante il processo di fitting di auto.ARIMA. Una possibile causa degli errori è che le colonne non_seasonal_p, non_seasonal_d, non_seasonal_q e has_drift selezionate non sono in grado di stabilizzare la serie temporale. Per recuperare il messaggio di errore di tutti i modelli candidati, imposta l'opzione show_all_candidate_models su TRUE quando crei il modello.
Per saperne di più sulle colonne di output, consulta la sezione sulla funzione ML.ARIMA_EVALUATE.
Esamina i coefficienti del modello
SQL
Esamina i coefficienti del modello di serie temporali utilizzando la funzione ML.ARIMA_COEFFICIENTS.
Per recuperare i coefficienti del modello:
Nella console Google Cloud , vai alla pagina BigQuery.
Nell'editor di query, incolla la query seguente e fai clic su Esegui:
SELECT * FROM ML.ARIMA_COEFFICIENTS(MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model`);
La colonna di output ar_coefficients mostra i coefficienti del modello della parte autoregressiva (AR) del modello ARIMA. Analogamente, la colonna di output ma_coefficients mostra i coefficienti del modello della parte di media mobile (MA) del modello ARIMA. Entrambe le colonne contengono valori di array, le cui lunghezze sono rispettivamente uguali a non_seasonal_p e non_seasonal_q. Nell'output della funzione ML.ARIMA_EVALUATE hai visto che il modello migliore ha un valore non_seasonal_p di 2 e un valore non_seasonal_q di 3. Pertanto, nell'output ML.ARIMA_COEFFICIENTS, il valore ar_coefficients è un array di 2 elementi e il valore ma_coefficients è un array di 3 elementi. Il valore intercept_or_drift è il termine costante nel modello ARIMA.
Per saperne di più sulle colonne di output, consulta la sezione sulla funzione ML.ARIMA_COEFFICIENTS.
BigQuery DataFrames
Esamina i coefficienti del modello di serie temporali utilizzando la funzione coef_.
Prima di provare questo esempio, segui le istruzioni di configurazione di BigQuery DataFrames nella guida rapida di BigQuery per l'utilizzo di BigQuery DataFrames. Per saperne di più, consulta la documentazione di riferimento di BigQuery DataFrames.
Per eseguire l'autenticazione in BigQuery, configura le Credenziali predefinite dell'applicazione. Per saperne di più, consulta Configura ADC per un ambiente di sviluppo locale.
La colonna di output ar_coefficients mostra i coefficienti del modello della parte autoregressiva (AR) del modello ARIMA. Analogamente, la colonna di output ma_coefficients mostra i coefficienti del modello della parte di media mobile (MA) del modello ARIMA. Entrambe le colonne contengono valori di array, le cui lunghezze sono rispettivamente uguali a non_seasonal_p e non_seasonal_q.
Utilizza il modello per prevedere i dati
SQL
Prevedi i valori futuri delle serie temporali utilizzando la funzione ML.FORECAST.
Nella seguente query GoogleSQL, la clausola STRUCT(30 AS horizon, 0.8 AS confidence_level) indica che la query prevede 30 punti temporali futuri e genera un intervallo di previsione con un livello di confidenza dell'80%.
Segui questi passaggi per prevedere i dati con il modello:
Nella console Google Cloud , vai alla pagina BigQuery.
Nell'editor di query, incolla la query seguente e fai clic su Esegui:
SELECT * FROM ML.FORECAST(MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model`, STRUCT(30 AS horizon, 0.8 AS confidence_level));
I risultati dovrebbero essere simili ai seguenti:
BigQuery DataFrames
Prevedi i valori futuri delle serie temporali utilizzando la funzione predict.
Prima di provare questo esempio, segui le istruzioni di configurazione di BigQuery DataFrames nella guida rapida di BigQuery per l'utilizzo di BigQuery DataFrames. Per saperne di più, consulta la documentazione di riferimento di BigQuery DataFrames.
Per eseguire l'autenticazione in BigQuery, configura le Credenziali predefinite dell'applicazione. Per saperne di più, consulta Configura ADC per un ambiente di sviluppo locale.
Le righe di output sono in ordine cronologico in base al valore della colonna forecast_timestamp. Nella previsione delle serie temporali, l'intervallo di previsione, rappresentato dai valori delle colonne prediction_interval_lower_bound e prediction_interval_upper_bound, è importante quanto il valore della colonna forecast_value. Il valore forecast_value è il punto centrale
dell'intervallo di previsione. L'intervallo di previsione dipende dai valori delle colonne standard_error e confidence_level.
Per saperne di più sulle colonne di output, consulta la sezione sulla funzione ML.FORECAST.
Spiega i risultati della previsione
SQL
Oltre ai dati di previsione, puoi ottenere metriche di spiegabilità utilizzando la funzione ML.EXPLAIN_FORECAST. La funzione ML.EXPLAIN_FORECAST prevede i valori futuri delle serie temporali e restituisce anche tutti i componenti separati delle serie temporali.
Analogamente alla funzione ML.FORECAST, la clausola STRUCT(30 AS horizon, 0.8 AS confidence_level) utilizzata nella funzione ML.EXPLAIN_FORECAST indica che la query prevede 30 punti temporali futuri e genera un intervallo di previsione con un'affidabilità dell'80%.
Per spiegare i risultati del modello:
Nella console Google Cloud , vai alla pagina BigQuery.
Nell'editor di query, incolla la query seguente e fai clic su Esegui:
SELECT * FROM ML.EXPLAIN_FORECAST(MODEL `bqml_tutorial.ga_arima_model`, STRUCT(30 AS horizon, 0.8 AS confidence_level));
I risultati dovrebbero essere simili ai seguenti:
Le righe di output sono ordinate cronologicamente in base al valore della colonna
time_series_timestamp.Per saperne di più sulle colonne di output, consulta la sezione sulla funzione
ML.EXPLAIN_FORECAST.
BigQuery DataFrames
Oltre ai dati di previsione, puoi ottenere metriche di spiegabilità utilizzando la funzione predict_explain. La funzione predict_explain prevede i valori futuri delle serie temporali e restituisce anche tutti i componenti separati delle serie temporali.
Analogamente alla funzione predict, la clausola horizon=30, confidence_level=0.8 utilizzata nella funzione predict_explain indica che la query prevede 30 punti temporali futuri e genera un intervallo di previsione con un'affidabilità dell'80%.
Prima di provare questo esempio, segui le istruzioni di configurazione di BigQuery DataFrames nella guida rapida di BigQuery per l'utilizzo di BigQuery DataFrames. Per saperne di più, consulta la documentazione di riferimento di BigQuery DataFrames.
Per eseguire l'autenticazione in BigQuery, configura le Credenziali predefinite dell'applicazione. Per saperne di più, consulta Configura ADC per un ambiente di sviluppo locale.
Se vuoi visualizzare i risultati, puoi utilizzare Data Studio come descritto nella sezione Visualizza i dati di input per creare un grafico, utilizzando le seguenti colonne come metriche:
time_series_dataprediction_interval_lower_boundprediction_interval_upper_boundtrendseasonal_period_weeklystep_changes
Esegui la pulizia
Per evitare che al tuo account Google Cloud vengano addebitati costi relativi alle risorse utilizzate in questo tutorial, elimina il progetto che contiene le risorse oppure mantieni il progetto ed elimina le singole risorse.
- Puoi eliminare il progetto che hai creato.
- In alternativa, puoi conservare il progetto ed eliminare il set di dati.
Elimina il set di dati
L'eliminazione del progetto rimuove tutti i set di dati e tutte le tabelle nel progetto. Se preferisci riutilizzare il progetto, puoi eliminare il set di dati creato in questo tutorial:
Se necessario, apri la pagina BigQuery nella consoleGoogle Cloud .
Nel riquadro di navigazione, fai clic sul set di dati bqml_tutorial che hai creato.
Fai clic su Elimina set di dati sul lato destro della finestra. Questa azione elimina il set di dati, la tabella e tutti i dati.
Nella finestra di dialogo Elimina set di dati, conferma il comando di eliminazione digitando il nome del set di dati (
bqml_tutorial) e fai clic su Elimina.
Elimina il progetto
Per eliminare il progetto:
- Nella console Google Cloud , vai alla pagina Gestisci risorse.
- Nell'elenco dei progetti, seleziona il progetto che vuoi eliminare, quindi fai clic su Elimina.
- Nella finestra di dialogo, digita l'ID progetto, quindi fai clic su Chiudi per eliminare il progetto.
Passaggi successivi
- Scopri come prevedere una singola serie temporale con un modello multivariato
- Scopri come prevedere più serie temporali con un modello univariato
- Scopri come scalare un modello univariato quando prevedi più serie temporali su molte righe.
- Scopri come prevedere gerarchicamente più serie temporali con un modello univariato
- Per una panoramica di BigQuery ML, consulta Introduzione all'AI e al ML in BigQuery.