時系列の統計的類似性


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期間、最大、最小、平均などのさまざまな測定値を取得できる時系列があり、それらを使用して同じ属性を持つモデル正弦波を作成すると仮定すると、定量化できる統計的アプローチはありますか実際のデータが仮定されたモデルにどの程度適合しているか?シリーズのデータ​​ポイントの数は、10〜50ポイントの範囲になります。

私の最初の非常に単純な考えは、正弦波の方向の動きに値を割り当てることでした。つまり、+ 1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1、実際のデータに対して同じことを行い、何らかの方法で方向性運動の類似度を定量化します。

編集:データで本当にやりたいことをより深く考え、元の質問への回答に照らして、競合する仮定の間で選択する意思決定アルゴリズムが必要です:つまり、データは基本的に線形(またはトレンド)周期的な要素を含む可能性のあるノイズを含む; 私のデータは基本的に循環的であり、方向性のある傾向はありません。データは本質的に単なるノイズです。または、これらの状態のいずれかの間を移行しています。

私の考えは、何らかの形のベイジアン分析とユークリッド/ LMSメトリックを組み合わせることです。このアプローチの手順は次のとおりです。

データ測定から想定正弦波を作成します

LMS直線をデータに適合させる

上記のそれぞれの元のデータからの逸脱について、ユークリッドまたはLMSメトリックを導出します

このメトリックに基づいて、それぞれのベイジアン事前分布を作成します。つまり、組み合わせた出発の60%が一方に接続し、40%が他方に接続します。

ウィンドウをデータに沿って1データポイントスライドし、上記を繰り返して、このわずかに変更されたデータセットの新しい%メトリックを取得します-これは新しい証拠です-ベイジアン分析を実行して事後を作成し、各仮定に有利な確率を変更します

このスライディングウィンドウ(ウィンドウ長10〜50データポイント)で、データセット全体(3000+データポイント)に沿って繰り返します。希望/意図は、データセットの任意の時点で優勢/好まれる仮定を特定し、これが時間とともにどのように変化するかです。

この潜在的な方法論、特にベイジアン分析パートを実際に実装する方法についてのコメントを歓迎します。

回答:



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比較する特定のモデルがある場合: 特定のデータセットに対して可能なパラメーター値を最小化し、スコアリングするためのメトリックとして最小二乗法をお勧めします。基本的に必要なことは、パラメータ推定値をプラグインし、それらを使用して予測値を生成し、真の値からの平均平方偏差を計算することだけです。

ただし、質問を少し変更することを検討してください。「どのモデルが私のデータに最も適しているでしょうか?」その場合、正規分布誤差項を仮定することをお勧めします。これは、最小二乗の仮定に似ていると主張できるものです。次に、モデルの選択に応じて、他のモデルパラメーターがどのように分布するか(ベイジアン事前分布を割り当てる)を推測し、RのMCMCパッケージのようなものを使用してパラメーターの分布からサンプリングすることができます。次に、事後平均と分散を見て、どのモデルが最適かを判断します。


データに適合する2つのモデル、元の質問で説明した正弦波とLMS直線近似がある場合、正弦波の真のデータ値からの平均二乗偏差を単純に残差と比較できますか? LMSはラインをフィットし、このモデルがデータにより正確にフィットするという理由で、全体的な値が低いモデルを選択しますか?もしそうなら、データを半分に分割し、同じ正弦波/ LMSフィットを使用して各モデルを時間ごとに改善/悪化させる方法を見て、半分ずつ別々に同じことを行うことも有効でしょうか?
babelproofreader

よく分かりません。私の提案は最小二乗メトリックを使用することでしたが、線形回帰を実行することを言っていませんでした。Periodic Regressionをチェックしてください。
M. Tibbits

他の質問については、データを半分にカットしてもらえますか?そうすることには非常に慎重です-それはあなたが考慮することができる最低頻度を倍にするからです。フーリエ係数を調べる必要があるかもしれません(FFTまたはDCTを取得し、それらを回帰しますか?!?- わかりません)。または、上記のような周期的な回帰。
M. Tibbits

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方向性のある動きのみを定性的に表すという「単純化された最初の考え」は、時系列を比較するためのKeoghのSAXアルゴリズムの精神に似ています。ご覧になることをお勧めします。ご覧 Eamonn Keogh&Jessica Lin:SAX

あなたの編集から、あなたは今、別の方法で問題に取り組むことを考えているように聞こえますが、SAXがパズルの一部を提供していることに気付くかもしれません。


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私はパーティーに少し遅れていますが、正弦波のことを考えているなら、ウェーブレット変換もあなたのポケットに入れるのに良いツールです。理論的には、ウェーブレット変換を使用して、シーケンスをさまざまな「部分」(たとえば、異なる形状/周波数の波、トレンドなどの非波成分など)に分解できます。トンで使用される特定の形式の波変換はフーリエ変換ですが、この分野では多くの作業があります。現在のパッケージを推奨できるようになりたいと思っていますが、私はかなり長い間信号解析作業を行っていません。ただし、この機能をサポートするMatlabパッケージを思い出します。

周期的なデータのトレンドのみを検索しようとしている場合の別の方向は、Mann-Kendall Trendテストのようなものです。天候や水質の変化の検出など、季節の影響が大きいものに多く使用されています。いくつかのより高度なアプローチの機能はありませんが、ベテランの統計テストであるため、解釈と報告はかなり簡単です。

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