Comparative analysis of traditional statistical methods and the lstm neural network model
DOI:
https://doi.org/10.34185/1562-9945-1-156-2025-08Keywords:
time series forecasting, ARIMA, SARIMA, LSTM, financial markets, machine learning, neural networks, accuracy assessment, stock market, data modelingAbstract
This paper presents a comparative analysis of traditional statistical methods (ARIMA, SARIMA) and a modern deep learning approach (LSTM) for financial time series forecasting. The study focuses on evaluating the efficiency of each model in predicting the closing price of Apple Inc. (NASDAQ: AAPL) stock. These models were selected due to their widespread use in financial analysis: ARIMA is suitable for stationary time series, SARIMA accounts for sea-sonal variations, and LSTM excels at capturing nonlinear dependencies and long-term trends. The study is based on historical closing price data of AAPL stock from January 1, 2023, to January 20, 2025, obtained via the yfinance service. The experimental modeling aimed to compare the forecasting accuracy of each method using key performance metrics such as Mean Absolute Error (MAE), Mean Squared Error (MSE), Root Mean Squared Error (RMSE), and Mean Absolute Percentage Error (MAPE). The results indicate that the LSTM model outperforms ARIMA and SARIMA in forecast-ing accuracy due to its ability to efficiently model complex patterns in time series. SARIMA also demonstrated strong predictive capabilities, particularly for data with distinct seasonal components, surpassing ARIMA in accuracy. However, ARIMA yielded the lowest accuracy due to its limitations in capturing seasonality and nonlinear dependencies. These findings provide valuable insights for analysts, investors, and researchers in-volved in financial forecasting. The study offers practical recommendations on model selec-tion based on data characteristics and forecasting requirements, as well as an overview of the strengths and limitations of each approach.
References
Григор’єв, І. А., Сорокін, В. О. (2020). Гібридні моделі для прогнозування цін акцій на фондовому ринку // Вісник Харківського національного університету. – 2020. – №2. – С. 45-53.
Карпова, Л. В. (2018). Нейронні мережі у фінансовому аналізі: теорія та практика за-стосування // Вісник Київського національного університету. Економіка. – 2018. – №4. – С. 90-98.
Козаченко, О. В., Романюк, О. А. (2020). Прогнозування цін акцій на основі моделей машинного навчання // Економіка та прогнозування. – 2020. – №2. – С. 75-88.
Кравченко, Д. В. (2021). Статистичні методи та машинне навчання у фінансових до-слідженнях // Фінансовий ринок України. – 2021. – №3. – С. 67-73.
Ладижець , В. ., Теренчук , С. . (2021). МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ ТЕХНІЧНОГО АНАЛІЗУ ФІНАНСОВИХ РИНКІВ. Управління розвитком складних систем, (48), 47–52. https://doi.org/10.32347/2412-9933.2021.48.47-52
Masliy, V. V., & Berezka, K. M. (2017). Selection and evaluation of ARIMA models for forecasting foreign direct investment. Scientific Bulletin of the International Humanitarian University. Series: Economics and Management, 24(2), 115-119. http://nbuv.gov.ua/UJRN/Nvmgu_eim_2017_24(2)__26
Hyndman R.J., Athanasopoulos G. Forecasting: principles and practice. 3rd ed. Melbourne, Australia : OTexts, 2021. 442 p.
Reinsel, G. M. Ljung. – New Jersey : John Wiley & Sons. – 2015
Hayes, A. (n.d.). Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA) Prediction Model. Investopedia. https://www.investopedia.com/terms/a/autoregressive-integrated-moving-average-arima.asp
Box, G. E. P., Jenkins, G. M., Reinsel, G. C., & Ljung, G. M. (2015). Time series analysis: Forecasting and control (5th ed.). Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons Inc. https://doi.org/10.1111/jtsa.12194
S. Siami-Namini, N. Tavakoli and A. Siami Namin, “A Comparison of ARIMA and LSTM in Forecasting Time Series,” 2018 17th IEEE International Conference on Machine Learning and Applications (ICMLA), 2018, pp. 1394-1401, doi: 10.1109/ICMLA.2018.00227
Korstanje J. Advanced Forecasting with Python. Apress, 2021.
Yfinance. PyPI. (n.d.). https://pypi.org/project/yfinance/
Перцев Ю. О., Коротка Л.І. Інноваційний підхід у прогнозуванні часових рядів: від традиційних методів до новаторської моделі TIMESFM. International scientific and tech-nical conference Information Тechnologies in Metallurgy and Machine building – ITMM 2024. 2024. С. 434-439. (DOI: 10.34185/1991-7848.itmm.2024.01.084)
Перцев Ю. О., Коротка Л. І. Порівняння нейронних мереж RNN та LSTM типу при прогнозуванні цін на фондовому ринку. Матеріали VІІІ Міжнародної науково-технічної конференції комп’ютерне моделювання та оптимізація складних систем (1-3 листопада 2023 року м. Дніпро, Україна). С. 124-127.
Перцев Ю.О., Коротка Л.І. Нейромережеве прогнозування цін на фондовому ринку. International scientific and technical conference Information Тechnologies in Metallurgy and Machine building (ITMM 2023). 314-317 р.( DOI: 10.34185/1991-7848.itmm.2023.01.085)
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 System technologies

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.