Conformal Time Series Forecasting — 共形时序预测：有覆盖保证的需求预测区间

1. 解决的问题

标准共形预测（Conformal Prediction）要求数据可交换性（exchangeability）：校准集和测试集的样本可以任意排列而不影响分布。但时间序列违反这个假设——序列存在自相关性，昨天的销量影响今天的需求。

2. 核心算法逻辑

时序共形预测的挑战

3. 业务应用场景

业务问题：WF-A 工作流每周生成补货计划。点预测告诉运营"下周需求 1000 件"，但这个数字没有置信度信息：是±50件的高置信度，还是±400件的高不确定度？不同置信度对应完全不同的补货策略。

共形预测应用： 1. 用历史28天的预测残差构建滚动校准窗口 2. 输出预测区间：`[800, 1200]`（90% 覆盖） 3. 业务决策规则： - 补货量 = P10（悲观量），避免过度库存 - 仓储预留 = P90（乐观量），避免仓储不足 - 加急物流触发 = 若当前库存 < P10，立即触发加急补货

关键指标验证：回测28天，90%区间的实际覆盖率应在 85-95% 之间（容忍±5%）。

4. 输入数据要求

请查看原始代码模板获取输入规格。

5. 输出结果

请查看原始代码模板获取输出规格。

6. 业务价值 / ROI

• 易处：纯 Python 实现，无依赖；滚动校准概念简单；任意预测模型均可使用
• 难处：窗口大小需要业务标定（推荐 2×预测周期）；强季节性数据需要季节性分层校准
• 前提：需要已有点预测模型（任意模型均可，本技能仅添加区间保证）

7. 代码模板

代码块数量：1 · 路径：未检测到

"""
Conformal Time Series Forecasting — 共形时序预测
滚动校准窗口 + EnbPI 集成引导预测区间

纯 Python 标准库 + statistics，无 sklearn/pandas 依赖
Python 3.14 兼容
"""
from __future__ import annotations

import math
import random
import statistics
from dataclasses import dataclass


# ─── 数据结构 ────────────────────────────────────────────────────────────────

@dataclass
class TimeSeriesRecord:
    """单步时序观测记录"""
    timestamp: int    # 时间步（整数索引或 Unix 时间戳）
    actual: float     # 真实值
    predicted: float  # 点预测值（来自任意预测模型）

    @property
    def residual(self) -> float:
        return self.actual - self.predicted


@dataclass
class PredictionInterval:
    """共形预测区间"""
    timestamp: int
    point_forecast: float
    lower: float           # 下界（P_alpha/2）
    upper: float           # 上界（P_{1-alpha/2}）
    alpha: float           # 显著性水平（0.10 = 90% 区间）
    calibration_size: int  # 实际使用的校准样本数

    @property
    def width(self) -> float:
        return round(self.upper - self.lower, 4)

    @property
    def coverage_ratio(self) -> float:
        """P90/P10 比值（越接近1越确定）"""
        if self.lower <= 0:
            return float("inf")
        return round(self.upper / self.lower, 4)

    def contains(self, actual: float) -> bool:
        return self.lower <= actual <= self.upper


# ─── 滚动共形预测器 ──────────────────────────────────────────────────────────

class RollingConformalForecaster:
    """
    滚动校准窗口共形预测器
    每步接收新的真实值，更新残差队列，输出下一步的预测区间

8. 论文来源

未自动抽取；请查看原始 Skill 卡片。