Abstract
Stock prices have become relatively wilder and nonlinear in nature over time. As such, outcome forecasting ability is essential for decision-making in finance. This research compares an adaptive Long Short-Term Memory neural net to the traditional ARIMA model in terms of predictability for a commonly used financial time series that is known to be non-stationary. Preprocessing using Normalizer and Augmented Dickey-Fuller (ADF) test for stationarity was carried out on Historical daily stock Close Price data collected from Yahoo Finance. Based on ACF/PACF analysis, an ARIMA (5,1,0) model was developed, while a multi-layer LSTM captured long-run dependencies. The Mean Squared Error (MSE), Root Mean Squared Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE), and R-square (R2) were used to evaluate the models. The results revealed that LSTM outperformed ARIMA, with MSEs of 0.0023 and 0.0456, respectively. In addition, the LSTM model was more robust against sudden price variations, with an R2 value of 0.92 versus 0.857 for ARIMA. Such findings show that while ARIMA remains useful for detecting linear trends, adaptive deep learning models indicate that LSTM is far more effective in the case of dynamic, non-stationary environments. Future studies must thus explore hybrid architectures that take advantage of both approaches.
Keywords
Adaptive methods; ARIMA; LSTM; Stock price prediction; Time-series forecasting.
Abstract
أصبحت أسعار الأسهم أكثر حدة وتقلبًا وغير خطية بطبيعتها بمرور الوقت. وبناءً على ذلك، تُعد القدرة على التنبؤ بالنتائج أمراً أساسياً لاتخاذ القرارات في المجال المالي. يقارن هذا البحث بين شبكة عصبية تكيفية للذاكرة طويلة قصيرة المدى (LSTM) ونموذج ARIMA التقليدي من حيث القدرة التنبؤية لسلسلة زمنية مالية شائعة الاستخدام ومعروفة بأنها غير مستقرة.
تم إجراء معالجة مسبقة للبيانات باستخدام "التطبيع" واختبار "ديكي-فولر المعزز"(ADF) للتحقق من الاستقرارية على بيانات أسعار الإغلاق اليومية التاريخية للأسهم التي جُمعت من موقع Yahoo Finance. وبناءً على تحليل دالتي الارتباط الذاتي (ACF) والارتباط الذاتي الجزئي (PACF)، تم تطوير نموذج ARIMA (5,1,0)، بينما التقطت شبكة LSTM متعددة الطبقات الاعتماديات طويلة الأجل. جرى تقييم النماذج باستخدام متوسط مربع الخطأ MSE)) ، والجذر التربيعي لمتوسط مربع الخطأ (RMSE)، ومتوسط الخطأ المطلق MAE))، ومعامل التحديدR2)).
كشفت النتائج عن تفوق نموذج LSTM على نموذج ARIMA، حيث بلغت قيم MSE لكل منهما 0.0023 و0.045 على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، كان نموذج LSTM أكثر مرونة في مواجهة التغيرات المفاجئة في الأسعار، بقيمة R2 بلغت 0.92 مقابل 0.85 لنموذج ARIMA. تُظهر هذه النتائج أنه بينما يظل نموذج ARIMA مفيداً في الكشف عن الاتجاهات الخطية، فإن نماذج التعلم العميق التكيفية تشير إلى أن LSTM أكثر فاعلية بكثير في حالة البيئات الديناميكية وغير المستقرة. وبناءً على ذلك، يجب أن تستكشف الدراسات المستقبلية البنى الهجينة التي تستفيد من كلا النهجين.
تم إجراء معالجة مسبقة للبيانات باستخدام "التطبيع" واختبار "ديكي-فولر المعزز"(ADF) للتحقق من الاستقرارية على بيانات أسعار الإغلاق اليومية التاريخية للأسهم التي جُمعت من موقع Yahoo Finance. وبناءً على تحليل دالتي الارتباط الذاتي (ACF) والارتباط الذاتي الجزئي (PACF)، تم تطوير نموذج ARIMA (5,1,0)، بينما التقطت شبكة LSTM متعددة الطبقات الاعتماديات طويلة الأجل. جرى تقييم النماذج باستخدام متوسط مربع الخطأ MSE)) ، والجذر التربيعي لمتوسط مربع الخطأ (RMSE)، ومتوسط الخطأ المطلق MAE))، ومعامل التحديدR2)).
كشفت النتائج عن تفوق نموذج LSTM على نموذج ARIMA، حيث بلغت قيم MSE لكل منهما 0.0023 و0.045 على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، كان نموذج LSTM أكثر مرونة في مواجهة التغيرات المفاجئة في الأسعار، بقيمة R2 بلغت 0.92 مقابل 0.85 لنموذج ARIMA. تُظهر هذه النتائج أنه بينما يظل نموذج ARIMA مفيداً في الكشف عن الاتجاهات الخطية، فإن نماذج التعلم العميق التكيفية تشير إلى أن LSTM أكثر فاعلية بكثير في حالة البيئات الديناميكية وغير المستقرة. وبناءً على ذلك، يجب أن تستكشف الدراسات المستقبلية البنى الهجينة التي تستفيد من كلا النهجين.
Keywords
الطرق التكيفية، ARIMA، LSTM، التنبؤ بأسعار الأسهم، والتنبؤ بالسلاسل الزمنية.