PV power forecasting models are predominantly based on machine learning algorithms which do not provide any insight into or explanation about their predictions (black boxes). Therefore, their direct implementation in environments where transparency is required, and the trust associated with their predictions may be questioned. To this end, we propose a two stage probabilistic forecasting framework able to generate highly accurate, reliable, and sharp forecasts yet offering full transparency on both the point forecasts and the prediction intervals (PIs). In the first stage, we exploit natural gradient boosting (NGBoost) for yielding probabilistic forecasts, while in the second stage, we calculate the Shapley additive explanation (SHAP) values in order to fully comprehend why a prediction was made. To highlight the performance and the applicability of the proposed framework, real data from two PV parks located in Southern Germany are employed. Comparative results with two state-of-the-art algorithms, namely Gaussian process and lower upper bound estimation, manifest a significant increase in the point forecast accuracy and in the overall probabilistic performance. Most importantly, a detailed analysis of the model's complex nonlinear relationships and interaction effects between the various features is presented. This allows interpreting the model, identifying some learned physical properties, explaining individual predictions, reducing the computational requirements for the training without jeopardizing the model accuracy, detecting possible bugs, and gaining trust in the model. Finally, we conclude that the model was able to develop complex nonlinear relationships which follow known physical properties as well as human logic and intuition.

预测组合在预测社区中蓬勃发展，近年来，已经成为预测研究和活动主流的一部分。现在，由单个（目标）系列产生的多个预测组合通过整合来自不同来源收集的信息，从而提高准确性，从而减轻了识别单个“最佳”预测的风险。组合方案已从没有估计的简单组合方法演变为涉及时间变化的权重，非线性组合，组件之间的相关性和交叉学习的复杂方法。它们包括结合点预测和结合概率预测。本文提供了有关预测组合的广泛文献的最新评论，并参考可用的开源软件实施。我们讨论了各种方法的潜在和局限性，并突出了这些思想如何随着时间的推移而发展。还调查了有关预测组合实用性的一些重要问题。最后，我们以当前的研究差距和未来研究的潜在见解得出结论。

即使有效，模型的使用也必须伴随着转换数据的各个级别的理解（上游和下游）。因此，需求增加以定义单个数据与算法可以根据其分析可以做出的选择（例如，一种产品或一种促销报价的建议，或代表风险的保险费率）。模型用户必须确保模型不会区分，并且也可以解释其结果。本文介绍了模型解释的重要性，并解决了模型透明度的概念。在保险环境中，它专门说明了如何使用某些工具来强制执行当今可以利用机器学习的精算模型的控制。在一个简单的汽车保险中损失频率估计的示例中，我们展示了一些解释性方法的兴趣，以适应目标受众的解释。

Electricity prices in liberalized markets are determined by the supply and demand for electric power, which are in turn driven by various external influences that vary strongly in time. In perfect competition, the merit order principle describes that dispatchable power plants enter the market in the order of their marginal costs to meet the residual load, i.e. the difference of load and renewable generation. Many market models implement this principle to predict electricity prices but typically require certain assumptions and simplifications. In this article, we present an explainable machine learning model for the prices on the German day-ahead market, which substantially outperforms a benchmark model based on the merit order principle. Our model is designed for the ex-post analysis of prices and thus builds on various external features. Using Shapley Additive exPlanation (SHAP) values, we can disentangle the role of the different features and quantify their importance from empiric data. Load, wind and solar generation are most important, as expected, but wind power appears to affect prices stronger than solar power does. Fuel prices also rank highly and show nontrivial dependencies, including strong interactions with other features revealed by a SHAP interaction analysis. Large generation ramps are correlated with high prices, again with strong feature interactions, due to the limited flexibility of nuclear and lignite plants. Our results further contribute to model development by providing quantitative insights directly from data.

评估能源转型和能源市场自由化对资源充足性的影响是一种越来越重要和苛刻的任务。能量系统的上升复杂性需要足够的能量系统建模方法，从而提高计算要求。此外，随着复杂性，同样调用概率评估和场景分析同样增加不确定性。为了充分和高效地解决这些各种要求，需要来自数据科学领域的新方法来加速当前方法。通过我们的系统文献综述，我们希望缩小三个学科之间的差距（1）电力供应安全性评估，（2）人工智能和（3）实验设计。为此，我们对所选应用领域进行大规模的定量审查，并制作彼此不同学科的合成。在其他发现之外，我们使用基于AI的方法和应用程序的AI方法和应用来确定电力供应模型的复杂安全性的元素，并作为未充分涵盖的应用领域的储存调度和（非）可用性。我们结束了推出了一种新的方法管道，以便在评估电力供应安全评估时充分有效地解决当前和即将到来的挑战。

梯度增强的树木是竞争获奖，通用，非参数回归器，它们利用顺序模型拟合和梯度下降以最大程度地减少特定的损失函数。最受欢迎的实现是针对单变量回归和分类任务量身定制的，排除了捕获多变量目标互相关并将结构性惩罚应用于预测的可能性。在本文中，我们提出了一种用于拟合多元增强树的计算有效算法。我们表明，当预测相关时，多元树可以胜过单变量。此外，该算法允许任意规范预测，以便可以实施平滑度，一致性和功能关系之类的属性。我们提出了与预测和控制有关的应用程序和数值结果。

Algorithms that involve both forecasting and optimization are at the core of solutions to many difficult real-world problems, such as in supply chains (inventory optimization), traffic, and in the transition towards carbon-free energy generation in battery/load/production scheduling in sustainable energy systems. Typically, in these scenarios we want to solve an optimization problem that depends on unknown future values, which therefore need to be forecast. As both forecasting and optimization are difficult problems in their own right, relatively few research has been done in this area. This paper presents the findings of the ``IEEE-CIS Technical Challenge on Predict+Optimize for Renewable Energy Scheduling," held in 2021. We present a comparison and evaluation of the seven highest-ranked solutions in the competition, to provide researchers with a benchmark problem and to establish the state of the art for this benchmark, with the aim to foster and facilitate research in this area. The competition used data from the Monash Microgrid, as well as weather data and energy market data. It then focused on two main challenges: forecasting renewable energy production and demand, and obtaining an optimal schedule for the activities (lectures) and on-site batteries that lead to the lowest cost of energy. The most accurate forecasts were obtained by gradient-boosted tree and random forest models, and optimization was mostly performed using mixed integer linear and quadratic programming. The winning method predicted different scenarios and optimized over all scenarios jointly using a sample average approximation method.

随着高级数字技术的蓬勃发展，用户以及能源分销商有可能获得有关家庭用电的详细信息。这些技术也可以用来预测家庭用电量（又称负载）。在本文中，我们研究了变分模式分解和深度学习技术的使用，以提高负载预测问题的准确性。尽管在文献中已经研究了这个问题，但选择适当的分解水平和提供更好预测性能的深度学习技术的关注较少。这项研究通过研究六个分解水平和五个不同的深度学习网络的影响来弥合这一差距。首先，使用变分模式分解将原始负载轮廓分解为固有模式函数，以减轻其非平稳方面。然后，白天，小时和过去的电力消耗数据作为三维输入序列馈送到四级小波分解网络模型。最后，将与不同固有模式函数相关的预测序列组合在一起以形成聚合预测序列。使用摩洛哥建筑物的电力消耗数据集（MORED）的五个摩洛哥家庭的负载曲线评估了该方法，并根据最新的时间序列模型和基线持久性模型进行了基准测试。

我们介绍了数据科学预测生命周期中各个阶段开发和采用自动化的技术和文化挑战的说明概述，从而将重点限制为使用结构化数据集的监督学习。此外，我们回顾了流行的开源Python工具，这些工具实施了针对自动化挑战的通用解决方案模式，并突出了我们认为进步仍然需要的差距。

预测经济的短期动态 - 对经济代理商决策过程的重要意见 - 经常在线性模型中使用滞后指标。这通常在正常时期就足够了，但在危机期间可能不足。本文旨在证明，在非线性机器学习方法的帮助下，非传统和及时的数据（例如零售和批发付款）可以为决策者提供复杂的模型，以准确地估算几乎实时的关键宏观经济指标。此外，我们提供了一组计量经济学工具，以减轻机器学习模型中的过度拟合和解释性挑战，以提高其政策使用的有效性。我们的模型具有付款数据，非线性方法和量身定制的交叉验证方法，有助于提高宏观经济的启示准确性高达40 \％ - 在COVID-19期间的增长较高。我们观察到，付款数据对经济预测的贡献很小，在低和正常增长期间是线性的。但是，在强年或正增长期间，付款数据的贡献很大，不对称和非线性。

我们基于技能评分，对确定性太阳预测进行了首次全面的荟萃分析，筛选了Google Scholar的1,447篇论文，并审查了320篇论文的全文以进行数据提取。用多元自适应回归样条模型，部分依赖图和线性回归构建和分析了4,758点的数据库。值得注意的是，分析说明了数据中最重要的非线性关系和交互项。我们量化了对重要变量的预测准确性的影响，例如预测范围，分辨率，气候条件，区域的年度太阳辐照度水平，电力系统大小和容量，预测模型，火车和测试集以及使用不同的技术和投入。通过控制预测之间的关键差异，包括位置变量，可以在全球应用分析的发现。还提供了该领域科学进步的概述。

最近实现了更准确的短期预测的数据驱动的空气质量预测。尽管取得了成功，但大多数目前的数据驱动解决方案都缺乏适当的模型不确定性的量化，以传达信任预测的程度。最近，在概率深度学习中已经制定了几种估计不确定性的实用工具。但是，在空气质量预测领域的域中没有经验应用和广泛的比较这些工具。因此，这项工作在空气质量预测的真实环境中应用了最先进的不确定性量化。通过广泛的实验，我们描述了培训概率模型，并根据经验性能，信心可靠性，置信度估计和实际适用性评估其预测性不确定性。我们还使用空气质量数据中固有的“自由”对抗培训和利用时间和空间相关性提出改善这些模型。我们的实验表明，所提出的模型比以前的工作更好地在量化数据驱动空气质量预测中的不确定性方面表现出。总体而言，贝叶斯神经网络提供了更可靠的不确定性估计，但可能挑战实施和规模。其他可扩展方法，如深合奏，蒙特卡罗（MC）辍学和随机重量平均-Gaussian（SWAG）可以执行良好，如果正确应用，但具有不同的权衡和性能度量的轻微变化。最后，我们的结果表明了不确定性估计的实际影响，并证明了，实际上，概率模型更适合提出知情决策。代码和数据集可用于\ url {https:/github.com/abdulmajid-murad/deep_probabilistic_forecast}

在收获前的作物产量的准确预测对于世界各地的作物物流，市场计划和食物分配至关重要。产量预测需要在延长的时间段内监测物候和气候特征，以模拟农作物发育中涉及的复杂关系。绕过世界各种卫星提供的遥感卫星图像是获取数据预测数据的廉价且可靠的方法。目前，收益率预测的领域由深度学习方法主导。尽管使用这些方法达到的精度是有希望的，但所需的数据量和``Black-Box''性质可以限制深度学习方法的应用。可以通过提出一条管道将遥感图像处理为基于特征的表示形式来克服局限性，该图像允许使用极端梯度提升（XGBoost）进行产量预测。与基于深度学习的最先进的收益率预测系统相比，对美国大豆产量预测的比较评估显示出了有希望的预测准确性。特征重要性将近红外光谱视为我们模型中的重要特征。报告的结果暗示了XGBoost进行产量预测的能力，并鼓励将来对XGBoost进行XGBoost的实验，以对世界各地的其他农作物进行产量预测。

In this paper, we propose a new short-term load forecasting (STLF) model based on contextually enhanced hybrid and hierarchical architecture combining exponential smoothing (ES) and a recurrent neural network (RNN). The model is composed of two simultaneously trained tracks: the context track and the main track. The context track introduces additional information to the main track. It is extracted from representative series and dynamically modulated to adjust to the individual series forecasted by the main track. The RNN architecture consists of multiple recurrent layers stacked with hierarchical dilations and equipped with recently proposed attentive dilated recurrent cells. These cells enable the model to capture short-term, long-term and seasonal dependencies across time series as well as to weight dynamically the input information. The model produces both point forecasts and predictive intervals. The experimental part of the work performed on 35 forecasting problems shows that the proposed model outperforms in terms of accuracy its predecessor as well as standard statistical models and state-of-the-art machine learning models.

在人类循环机器学习应用程序的背景下，如决策支持系统，可解释性方法应在不使用户等待的情况下提供可操作的见解。在本文中，我们提出了加速的模型 - 不可知论解释（ACME），一种可解释的方法，即在全球和本地层面迅速提供特征重要性分数。可以将acme应用于每个回归或分类模型的后验。 ACME计算功能排名不仅提供了一个什么，但它还提供了一个用于评估功能值的变化如何影响模型预测的原因 - 如果分析工具。我们评估了综合性和现实世界数据集的建议方法，同时也与福芙添加剂解释（Shap）相比，我们制作了灵感的方法，目前是最先进的模型无关的解释性方法。我们在生产解释的质量方面取得了可比的结果，同时急剧减少计算时间并为全局和局部解释提供一致的可视化。为了促进该领域的研究，为重复性，我们还提供了一种存储库，其中代码用于实验。

赤道等离子体气泡（EPB）是低密度血浆的羽毛，它们从F层的底部升至Exosphere。 EPB是无线电波闪烁的已知原因，可以降低与航天器的通信。我们构建了一个随机的森林回归剂，以预测和预测IBI处理器在船上检测到的EPB [0-1]的可能性。我们使用从2014年到2021年的8年群数据，并将数据从时间序列转换为5维空间，该空间包括纬度，经度，MLT，年份和年度。我们还增加了KP，F10.7厘米和太阳风速。关于地理位置，当地时间，季节和太阳活动的EPB的观察主要与现有工作一致，而链接的地磁活动尚不清楚。该预测的精度为88％，并且在EPB特异性时空尺度上的性能很好。这证明了XGBoost方法能够成功捕获群EPB的气候和每日变异性。由于电离层内的局部和随机特征，捕获每日方差长期以来一直逃避研究人员。我们利用Shapley值来解释该模型并深入了解EPB的物理学。我们发现，随着太阳能速度的增加，EPB的概率降低。我们还确定了EPB概率周围的尖峰。这两个见解直接源自XGBoost和Shapley技术。

如今，人工智能（AI）已成为临床和远程医疗保健应用程序的基本组成部分，但是最佳性能的AI系统通常太复杂了，无法自我解释。可解释的AI（XAI）技术被定义为揭示系统的预测和决策背后的推理，并且在处理敏感和个人健康数据时，它们变得更加至关重要。值得注意的是，XAI并未在不同的研究领域和数据类型中引起相同的关注，尤其是在医疗保健领域。特别是，许多临床和远程健康应用程序分别基于表格和时间序列数据，而XAI并未在这些数据类型上进行分析，而计算机视觉和自然语言处理（NLP）是参考应用程序。为了提供最适合医疗领域表格和时间序列数据的XAI方法的概述，本文提供了过去5年中文献的审查，说明了生成的解释的类型以及为评估其相关性所提供的努力和质量。具体而言，我们确定临床验证，一致性评估，客观和标准化质量评估以及以人为本的质量评估作为确保最终用户有效解释的关键特征。最后，我们强调了该领域的主要研究挑战以及现有XAI方法的局限性。

到2021年底，全球电力容量的可再生能源份额达到38.3％，新设施以风能和太阳能为主，分别显示全球增长12.7％和18.5％。但是，风能和光伏能源都是高度挥发性的，使得对网格操作员的计划很难，因此对相应天气变量的准确预测对于可靠的电力预测至关重要。天气预测中最先进的方法是合奏方法，它为概率预测打开了大门。尽管合奏预测通常不足，并且会遭受系统的偏见。因此，它们需要某种形式的统计后处理，其中参数模型提供了手头天气变量的完整预测分布。我们提出了一种基于两步机的一般学习方法，用于校准集合天气预报，在第一步中，生成了改进点的预测，然后将其与各种合奏统计数据一起作为神经网络的输入特征，估计估计的参数。预测分布。在两个案例研究中，基于100m风速和全球水平辐照度预测匈牙利气象服务的操作集合词典系统，将这种新颖方法的预测性能与原始合奏的预测技能进行了比较ART参数方法。两种案例研究都证实，至少高达48H统计后处理可实质上改善了所有被考虑的预测范围的原始合奏的预测性能。所提出的两步方法的研究变体在其竞争对手方面优于技能，建议的新方法非常适用于不同的天气数量和广泛的预测分布。

电力在不同的时间范围和法规上在各个市场上进行交易。由于更高的可再生能源渗透，短期交易变得越来越重要。在德国，盘中电价通常以独特的小时模式围绕EPEX现货市场的白天价格波动。这项工作提出了一种概率建模方法，该方法对日前合同的盘中价格差异进行了建模。该模型通过将每天的每日价格间隔的四个15分钟的间隔视为四维的关节分布，从而捕获了新兴的小时模式。使用归一化流量，即结合条件多元密度估计和概率回归的深层生成模型，从而学习了最终的多元价格差异分布。将归一化流程与选择的历史数据，高斯副群和高斯回归模型进行了比较。在不同的模型中，归一化流量最准确地识别趋势，并且预测间隔最窄。值得注意的是，归一化流是唯一识别稀有价格峰的方法。最后，这项工作讨论了不同外部影响因素的影响，并发现个人大多数因素都可以忽略不计。只有价格差异实现的直接历史和所有投入因素的组合才能显着改善预测。

Wind power forecasting helps with the planning for the power systems by contributing to having a higher level of certainty in decision-making. Due to the randomness inherent to meteorological events (e.g., wind speeds), making highly accurate long-term predictions for wind power can be extremely difficult. One approach to remedy this challenge is to utilize weather information from multiple points across a geographical grid to obtain a holistic view of the wind patterns, along with temporal information from the previous power outputs of the wind farms. Our proposed CNN-RNN architecture combines convolutional neural networks (CNNs) and recurrent neural networks (RNNs) to extract spatial and temporal information from multi-dimensional input data to make day-ahead predictions. In this regard, our method incorporates an ultra-wide learning view, combining data from multiple numerical weather prediction models, wind farms, and geographical locations. Additionally, we experiment with global forecasting approaches to understand the impact of training the same model over the datasets obtained from multiple different wind farms, and we employ a method where spatial information extracted from convolutional layers is passed to a tree ensemble (e.g., Light Gradient Boosting Machine (LGBM)) instead of fully connected layers. The results show that our proposed CNN-RNN architecture outperforms other models such as LGBM, Extra Tree regressor and linear regression when trained globally, but fails to replicate such performance when trained individually on each farm. We also observe that passing the spatial information from CNN to LGBM improves its performance, providing further evidence of CNN's spatial feature extraction capabilities.