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基于相点距离集的相空间重构嵌入维数确定法-机械工程学报.PDF

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第41 卷第10 期 机 械 工 程 学 报 Vol.41 No.10 2005 年 10 月 CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Oct. 2 0 0 5 基于相点距离集的相空间重构嵌入维数确定法* 岳毅宏 韩文秀 王 健 (天津大学管理学院 天津 300072) 摘要:分析了FNN-L 方法存在的不足,提出了一种新的基于相点距离集的相空间重构嵌入维数确定方法,称之为 FNN-D 方法。从理论上系统地阐述了该方法的基本原理及算法过程。在此基础上,总结了其具体的计算步骤。最 后基于电力负荷时间序列对所提方法的特性进行了研究,模拟结果表明:新方法具有对重构时间延迟的不敏感特 性;同时,通过与FNN-L 方法的比较,验证了FNN-D 方法所选择的嵌入维数更为恰当。 关键词:FNN-L 方法 FNN-D 方法 距离集 时间序列 嵌入维数 时间延迟 电力负荷 中图分类号:TN751 此,提出一种新的FNN 方法,称之为FNN -D 。该 0 前言 方法基于相空间中相点的距离集合,可以有效地克 服FNN -L 方法存在的不足。 相空间重构理论的提出,为混沌时间序列的分 [1, 2] 1 FNN-D 方法的基本原理 析奠定了坚实的基础 。作为相空间重构中的一个 参数,嵌入维数的恰当与否对于相空间的重构质量 FNN 方法认为,相空间重构是将系统相空间向 有重要影响。在通常情况下,求取恰当嵌入维数较 重构空间投影,若重构维数选得太小,则相空间轨 有价值的方法有:伪邻近点法(False nearest neighb- 迹向低维空间投影,将产生许多伪邻近点;当且仅 [3] [3, 4] [5] ors ,FNN) 、摆动乘积法 、Aleksic 方法 、PCA [6] [7] [8] [9] 当取了足够大的重构维数( 即通常所说的恰当的嵌 法 、SSA 法 、SVD 法 、互信息法 和d 测试 [10] 入维数) 时,重构相空间才不会存在伪邻近点。 法 等。以上方法中,前三者属于一类,都是基于 对于给定的时间序列x(t) (t =1, , N) ,根据相空 伪邻近点的思想;其次三者属于一类,都是基于主 [1] 间重构理论 ,可以得到该序列m 维重构相空间的 分量分析的思想;最后两者属于一类,都利用了信 相点 息论来分析系统变量的相互依赖性。 X m (t) {x (t),x (t t ),L , x(t (m 1)t )} 在以上所列举的求取恰当嵌入维数的算法中, t (m 1)t 1,(m 1)t 2,L , N ( 1) 第二类算法( 主分量分析)受到了国内外学者较多的 批评[11,12] ;第三类算法(信息论分析)一般要求较大 式中 m ——嵌入维数 的数据量,计算量也较大,在实际应用中受到了很
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