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forecast-operational-metrics

pjt222
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について

このスキルは、Prophetまたはstatsmodelsを使用してインフラストラクチャおよびアプリケーションメトリクス(CPUやコストトレンドなど)を予測し、キャパシティプランニングとコスト最適化を実現します。Grafanaでの予測可視化や、リソース枯渇の予測アラート設定が可能です。将来のキャパシティ需要の予測、クラウド支出の最適化、またはプロアクティブなスケーリングポリシーの確立が必要な場合にご利用ください。

クイックインストール

Claude Code

推奨
メイン
npx skills add pjt222/agent-almanac -a claude-code
プラグインコマンド代替
/plugin add https://github.com/pjt222/agent-almanac
Git クローン代替
git clone https://github.com/pjt222/agent-almanac.git ~/.claude/skills/forecast-operational-metrics

このコマンドをClaude Codeにコピー&ペーストしてスキルをインストールします

ドキュメント

預運營指標

以 Prophet 或 statsmodels 預基礎設施與應用之指標,供容量規劃、成本優化與主動擴展。於 Grafana 示預測並設告警於所預之資源耗盡。

擴展範例 查完整配置文件與模板。

適用時機

  • 需預基礎設施容量之需(CPU、記憶體、盤、網)
  • 為下季規劃硬體/雲資源採購
  • 欲預成本趨並優化雲支出
  • 需基於所預負載設主動擴展策
  • 為活動規劃預使用者流量
  • 為備份規劃預資料庫存儲增長
  • 為速限配置估 API 使用

輸入

  • 必要:歷史時序指標(至少 3-12 月)
  • 必要:指標類(CPU、記憶體、req/秒、成本等)
  • 必要:預範圍(日、週或月後)
  • 選擇性:已知之未來事件(部署、營銷活動、假日)
  • 選擇性:季節性信息(日、週、年模式)
  • 選擇性:外部回歸(如營銷支出、使用者註冊)

步驟

步驟一:設環境並載數據

裝預函式庫並備時序數據。

# Create virtual environment
python -m venv venv
source venv/bin/activate

# Install forecasting libraries
pip install prophet statsmodels pandas numpy
pip install plotly matplotlib seaborn
pip install prometheus-api-client influxdb-client
pip install grafana-api

以 MetricsLoader 載並備數據:

# forecasting/data_loader.py (abbreviated)
import pandas as pd
from datetime import datetime, timedelta

class MetricsLoader:
    def load_from_prometheus(self, query: str, lookback_days: int = 90, step: str = "1h"):
        """Load historical metrics from Prometheus."""
        # ... implementation (see EXAMPLES.md for complete code)

    def resample_and_aggregate(self, df: pd.DataFrame, freq: str = "1H"):
        """Resample time series to regular intervals."""
        # ... implementation (see EXAMPLES.md)

# Example usage
loader = MetricsLoader(prometheus_url="http://prometheus:9090")
df = loader.load_from_prometheus(
    query='avg(rate(container_cpu_usage_seconds_total[5m]))',
    lookback_days=90,
)
df_daily = loader.resample_and_aggregate(df, freq="1D")

EXAMPLES.md Step 1 查完整之 MetricsLoader 實作。

預期: 時序數據已載於規則間隔,缺值已填,備以預。

失敗時: 若數據缺,用 forward-fill 或插值;確回溯期足(建議 90+ 日);驗時戳時區一致;察或偏預之離群(>5 sigma)。

步驟二:行 Prophet 預

用 Facebook Prophet 以自動偵季節性並預。

# forecasting/prophet_forecaster.py (abbreviated)
from prophet import Prophet

class ProphetForecaster:
    def __init__(self, growth: str = "linear", seasonality_mode: str = "multiplicative"):
        self.growth = growth
        self.prophet_params = {
            "growth": growth,
            "seasonality_mode": seasonality_mode,
            # ... additional parameters (see EXAMPLES.md)
        }

    def fit(self, df: pd.DataFrame, regressors=None, holidays=None):
        """Train Prophet model on historical data."""
        # ... implementation (see EXAMPLES.md)

    def forecast(self, periods: int, freq: str = "D"):
        """Generate forecast for future periods."""
        # ... implementation (see EXAMPLES.md)

# Example usage
forecaster = ProphetForecaster(growth="linear", seasonality_mode="multiplicative")
forecaster.fit(df_daily)
forecast = forecaster.forecast(periods=30, freq="D")
forecaster.plot_forecast(forecast, save_path="results/cpu_forecast.png")

EXAMPLES.md Step 2 查完整之 ProphetForecaster 實作。

預期: 為 30+ 日生含信區間之預測,於組件圖捕季節模式,交叉驗證 MAPE < 15%。

失敗時: 若預測似不實,試異生長模型(線性 vs 邏輯);若缺季節性調 seasonality_mode;若準度差(<70% MAPE)加更多歷史數據或外部回歸;察數據品質問題。

步驟三:行 ARIMA/SARIMAX 預(替)

用 statsmodels 行傳統時序預。

# forecasting/arima_forecaster.py (abbreviated)
from statsmodels.tsa.statespace.sarimax import SARIMAX

class ARIMAForecaster:
    def __init__(self, order: tuple = (1, 1, 1), seasonal_order: tuple = (1, 1, 1, 7)):
        self.order = order
        self.seasonal_order = seasonal_order

    def fit(self, df: pd.DataFrame, exog=None):
        """Train SARIMAX model."""
        series = df.set_index("timestamp")["value"]
        self.model = SARIMAX(series, exog=exog, order=self.order, seasonal_order=self.seasonal_order)
        self.fitted_model = self.model.fit(disp=False)
        # ... implementation (see EXAMPLES.md)

    def forecast(self, steps: int, exog_future=None):
        """Generate forecast for future periods."""
        # ... implementation (see EXAMPLES.md)

# Auto-select parameters
best_order, best_seasonal = auto_arima(series, seasonal=True)
forecaster = ARIMAForecaster(order=best_order, seasonal_order=best_seasonal)
forecaster.fit(df_hourly)
forecast = forecaster.forecast(steps=168)  # 7 days

EXAMPLES.md Step 3 查完整之 ARIMAForecaster 實作與 auto_arima 函數。

預期: ARIMA 模型以最優參擬,生含信區間之預,診圖示白噪殘差。

失敗時: 若模型不收,簡參(減 p、q、P、Q);若預有誤趨察差分階(d、D);若殘差非白噪加更多 AR/MA 項;確序長 >2x 季節期。

步驟四:識容量閾與告警

析預以預資源何時耗盡。

# forecasting/capacity_planning.py (abbreviated)
from datetime import datetime

class CapacityPlanner:
    def __init__(self, capacity_limit: float, warning_threshold: float = 0.8):
        self.capacity_limit = capacity_limit
        self.warning_threshold = warning_threshold

    def find_exhaustion_date(self, forecast: pd.DataFrame):
        """Find when forecast exceeds capacity limit."""
        exceeded = forecast[forecast["yhat"] >= self.capacity_limit]
        # ... implementation (see EXAMPLES.md)

    def generate_capacity_report(self, forecast: pd.DataFrame):
        """Generate comprehensive capacity planning report."""
        # ... implementation (see EXAMPLES.md)

# Example usage
planner = CapacityPlanner(capacity_limit=1000, warning_threshold=0.8)
report = planner.generate_capacity_report(forecast)
print(f"Warning Date: {report['warning_date']}")
print(f"Exhaustion Date: {report['exhaustion_date']}")
recommendation = planner.recommend_scaling_action(report)

EXAMPLES.md Step 4 查完整之 CapacityPlanner 實作。

預期: 報告示容量限將達之時、予帶急度之建議、算增長率。

失敗時: 若耗盡日不實,驗 capacity_limit 正;若增長率過高察歷史數據之離群;於成熟系統考非線性增長模型。

步驟五:於 Grafana 示預

推預數據至 Grafana 以供實時監。

# forecasting/grafana_integration.py (abbreviated)
import requests

class GrafanaForecaster:
    def __init__(self, grafana_url: str, api_key: str, dashboard_uid: str = None):
        self.grafana_url = grafana_url.rstrip("/")
        self.api_key = api_key
        self.dashboard_uid = dashboard_uid

    def create_annotation(self, text: str, tags: list, time: datetime = None):
        """Create annotation in Grafana for forecast events."""
        # ... implementation (see EXAMPLES.md)

    def create_capacity_alert_annotation(self, capacity_report: dict):
        """Create Grafana annotation for capacity warnings."""
        # ... implementation (see EXAMPLES.md)

# Export to CSV for Grafana datasource
def export_forecast_to_csv(forecast: pd.DataFrame, output_path: str):
    """Export forecast in format compatible with Grafana CSV datasource."""
    # ... implementation (see EXAMPLES.md)

# Example usage
grafana = GrafanaForecaster(
    grafana_url="http://grafana:3000",
    api_key="YOUR_API_KEY",
    dashboard_uid="your-dashboard-uid",
)
grafana.create_capacity_alert_annotation(report)
export_forecast_to_csv(forecast, "grafana/forecasts/cpu_forecast.csv")

EXAMPLES.md Step 5 查完整之 GrafanaForecaster 實作。

預期: 預註見於 Grafana 儀表板,容量警以直標示可見,預數據藉 CSV datasource 可得。

失敗時: 驗 Grafana API key 有正權限;察 dashboard UID 正;確註之時戳為毫秒;整合前以 curl 測 API。

步驟六:自動化預生

設定期工以規律生預。

# forecasting/scheduler.py (abbreviated)
import schedule
import time

def generate_daily_forecast():
    """Generate forecast for all monitored metrics."""
    logger.info("Starting daily forecast generation")

    metrics_config = [
        {"name": "cpu_usage", "query": "...", "capacity_limit": 0.8, "forecast_days": 30},
        {"name": "memory_usage", "query": "...", "capacity_limit": 32, "forecast_days": 30},
        {"name": "disk_usage", "query": "...", "capacity_limit": 500, "forecast_days": 90},
    ]

    loader = MetricsLoader(prometheus_url="http://prometheus:9090")

    for metric_config in metrics_config:
        df = loader.load_from_prometheus(query=metric_config["query"], lookback_days=90)
        forecaster = ProphetForecaster()
        forecaster.fit(df)
        forecast = forecaster.forecast(periods=metric_config["forecast_days"])

        planner = CapacityPlanner(capacity_limit=metric_config["capacity_limit"])
        report = planner.generate_capacity_report(forecast)

        export_forecast_to_csv(forecast, f"grafana/forecasts/{metric_config['name']}_forecast.csv")
        # ... (see EXAMPLES.md for complete implementation)

# Schedule daily at 2 AM
schedule.every().day.at("02:00").do(generate_daily_forecast)

while True:
    schedule.run_pending()
    time.sleep(60)

EXAMPLES.md Step 6 查完整之 scheduler 實作。

預期: 預每日生於所有指標,容量報告已記,CSV 檔已匯出供 Grafana,關鍵容量警告已送。

失敗時: 驗 scheduler 進程續行(用 systemd/supervisor);察 Prometheus 連通;確盤空足以匯預;為瞬時敗行重試;為 scheduler 自身設監。

驗證

  • 歷史數據已載,有 90+ 日連續指標
  • Prophet 預於組件圖捕日/週季節性
  • 於驗證中預信區間含 85-95% 之實值
  • 於已知情境容量耗盡日正算
  • 於診圖 ARIMA 模型殘差顯為白噪
  • Grafana 註於所預之警/耗盡日顯
  • 自動預每日無手介入而行
  • 於驗證集預準(MAPE)< 15%

常見陷阱

  • 歷史數據不足:需 3-12 月以可靠偵季節性;勿以 <60 日預
  • 忽已知事件:假日、部署、營銷活動偏預;加為外部回歸或假日
  • 長期預之過信:準度於 30-90 日後降;以為方向導,非準預
  • 靜容量限:基礎設施隨時變;加資源時更 capacity_limit
  • 預異常:訓數據中離群傳於預;清數據或用穩健法
  • 不更模型:系統變後預陳;每週或重大架構變後重訓
  • 忽信區間:點預誤導;恒用下/上界供規劃
  • 誤季節期:時數據用日、日數據用週;不配致差預

相關技能

  • detect-anomalies-aiops - 異常偵輔預以主動監
  • plan-capacity - 基礎設施容量規劃工作流
  • build-grafana-dashboards - 示預與容量趨

GitHub リポジトリ

pjt222/agent-almanac
パス: i18n/wenyan-lite/skills/forecast-operational-metrics
0
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