Analyses of Optimal Embedding Dimension and Delay for Local Linear Prediction Model

In the reconstructed phase space, a novel local linear prediction model is proposed to predict chaotic time series. The parameters of the proposed model take the values that are different from those of the phase space reconstruction. We propose a criterion based on prediction error to determine the optimal parameters of the proposed model. The simulation results show that the proposed model can effectively make one-step and multistep prediction for chaotic time series, and the one-step and multi-step prediction accuracy of the proposed model is superior to that of the traditional local linear prediction.     

Chaotic time series prediction using least squares support vector machines

We propose a new technique of using the least squares support vector machines (LS-SVMs) for making one-step and multi-step prediction of chaotic time series. The LS-SVM achieves higher generalization performance than traditional neural networks and provides an accurate chaotic time series prediction. Unlike neural networks‘ training that requires nonlinear optimization with the danger of getting stuck into local minima, training LS-SVM is equivalent to solving a set of linear equations. Thus it has fast convergence. The simulation results show that LS-SVM has much better potential in the field of chaotic time series prediction.     

短时交通流复杂动力学特性分析及预测

为揭示短时交通流的内在动态特性,利用非线性方法对交通流混沌特性进行识别,为短时交通流的预测提供基础.基于混沌理论对交通流时间序列进行相空间重构,利用C-C算法计算时间延迟和嵌入维数,采用Grassberger-Procaccia算法计算吸引子关联维数,通过改进小数据量法计算最大Lyapunov指数来判别交通流时间序列的混沌特性.针对局域自适应预测方法在交通流多步预测中预测器系数无法调节的问题,提出了交通流多步自适应预测方法.通过实测数据计算,结果表明:2,4和5 min三种统计尺度的交通流时间序列均具有混沌特性;改进的小数据量法能够准确地计算出最大Lyapunov指数;构建的交通流多步自适应预测模型能够有效地预测交通流量的变化.为智能交通系统诱导和控制提供了依据.     

基于信息准则的局域预测法邻近点的选取方法

基于信息准则,提出了选取局域预测法中邻近点个数的定量方法. 并用此方法分析Lorenz模型生成的混沌时间序列和Santa Fe时间序列竞赛的激光数据(Data A). 实验结果表明用该方法选取邻近点的局域预测法的一步和多步预测性能较好,在满足预测精度较高的条件下,计算量较小. 关键词： 邻近点 邻域 局域预测 信息准则     

混沌时间序列多步自适应预测方法

针对混沌时间序列局域自适应预测方法在多步预测中预测器系数无法调节的问题，根据混沌时间序列的短期可预测性及自适应算法的自适应跟踪混沌运动轨迹的特点，提出了混沌时间序列多步自适应预测方法.仿真结果表明，此方法的多步预测性能明显好于局域自适应预测方法的多步预测性能. 关键词： 多步自适应预测方法 局域自适应预测方法 混沌时间序列     

用一种少参数非线性自适应滤波器自适应预测低维混沌时间序列

基于混沌动力系统的相空间延迟坐标重构,利用混沌序列固有的确定性和非线性,提出了用 于混沌时间序列预测的一种少参数非线性自适应滤波预测模型.该预测模型在Volterra自适 应滤波器的基础上引入sigmoid函数来减少待定参数.实验研究表明,这种少参数非线性自适 应滤波预测器仅需用50个样本经20次预训练后,就能有效地预测一些低维混沌序列,且这种 少参数非线性自适应滤波预测器更便于工程实现. 关键词： 混沌 非线性自适应预测 少参数非线性自适应滤波器 自适应算法     

连续混沌信号的离散余弦变换域二次实时滤波预测

提出了少参数二阶Volterra滤波器的一种离散余弦变换(DCT)域二次滤波实现结构及其NLMS自适应算法，并用这种DCT域二次滤波预测器研究了三种连续混沌信号的非线性实时多步预测性能. 仿真研究结果表明：(1) 这种DCT域二次滤波预测器比少参数二阶Volterra滤波器的一步预测均方误差性能提高了100倍，表明这种实现结构简单、易实现，且具有更好的收敛性能；（2）采用这种滤波预测器对三种连续混沌时间序列的实时多步预测性能明显优于局域法的多步预测性能. 关键词： 混沌 实时预测 NLMS自适应算法     

Neural Volterra filter for chaotic time series prediction

A new second-order neural Volterra filter （SONVF） with conjugate gradient （CG） algorithm is proposed to predict chaotic time series based on phase space delay-coordinate reconstruction of chaotic dynamics system in this paper, where the neuron activation functions are introduced to constraint Volterra series terms for improving the nonlinear approximation of second-order Volterra filter （SOVF）. The SONVF with CG algorithm improves the accuracy of prediction without increasing the computation complexity. Meanwhile, the difficulty of neuron number determination does not exist here. Experimental results show that the proposed filter can predict chaotic time series effectively, and one-step and multi-step prediction performances are obviously superior to those of SOVF, which demonstrate that the proposed SONVF is feasible and effective.     

混沌时间序列的一种局域离散余弦变换域Volterra预测

提出了一种局域离散余弦变换（DCT）域Volterra预测，并用于混沌时间序列预测。DCT被用来减少Volterra预测器的矩阵计算复杂性。数值仿真结果表明：本文提出的方法比传统的局域线性预测方法能更有效地预测混沌时间序列和预测精度。     

基于混沌算子网络的时间序列多步预测研究

结合相空间重构理论和时间序列分析理论,提出一种用于时间序列多步预测的网络模型.网络采用多个混沌算子加权求和的形式构成.网络各层单元采用固定权值连接,混沌算子的控制参数利用混沌优化算法进行训练调节,从而控制预测网络的动力学行为.利用已知时间序列数据构造出训练样本,训练样本在网络训练过程中仅使用一次,促使网络的动力学特性随时间的推移而变化,并逐渐逼近被预测系统的动力学特性,最终完成对未来时刻数据的预测.在对理论数据进行预测分析时,通过计算预测序列的Lyapunov指数验证了预测网络的有效性.在对实际时间序列的预测过程中,该网络表现出了良好的预测性能.仿真结果表明,该预测网络可对多种时间序列在一定的预测步长范围内实现有效的预测.     

风电功率时间序列混沌特性分析及预测模型研究

为揭示风电功率序列内在的动态特性, 利用非线性方法对风电时间序列混沌特性进行识别, 为对风电功率进行预测提供了基础.首先对某风电场的风电功率时间序列的日相关性进行了分析;然后在相空间重构的基础上计算了风电序列的最大Lyapunov指数, 验证了风电时间序列的混沌特性;由于采用Volterra滤波器多步预测法对风电功率进行超短期预测误差较大, 利用局域多步预测法以及最大Lyapunov指数法的预测结果并结合加权马尔科夫链和有序算子对Volterra滤波器的预测结果进行校正.最后以某实际风电场的风电功率预测为算例, 仿真结果表明校正预测模型有效的提高了预测精度, 其为利用Volterra滤波器多步法进行风电预测提供了有益的参考.     

A new local linear prediction model for chaotic time series

A new local linear prediction model is proposed to predict chaotic time series in this Letter. We propose that the parameters—the embedding dimension and the time delay of the local linear prediction model—can take values which are different to those of the state space reconstruction in the procedure of finding the nearest neighbor points. We propose a criterion based on prediction power to determine the optimal parameters of the new local linear prediction model. Simulation results show that the new local linear prediction model can effectively predict chaotic time series and the prediction performance of the new local linear prediction model is superior to that of the local linear prediction.     

基于改进教学优化算法的Hermite正交基神经网络混沌时间序列预测

针对传统预测模型对混沌时间序列预测精度低、收敛速度慢及模型结构复杂的问题, 提出了基于改进教学优化算法的Hermite正交基神经网络预测模型. 首先, 将自相关法和Cao方法相结合对混沌时间序列进行相空间重构, 以获得重构延迟时间向量; 其次, 以Hermite正交基函数为激励函数构成Hermite正交基神经网络, 作为预测模型; 最后, 将模型参数优化问题转化为多维空间上的函数优化问题, 利用改进教学优化算法对预测模型进行参数优化, 以建立预测模型并进行预测分析. 分别以Lorenz 系统和Liu系统为模型, 通过四阶Runge-Kutta法产生混沌时间序列作为仿真对象, 并进行单步及多步预测对比实验. 仿真结果表明, 与径向基函数神经网络、回声状态网络、最小二乘支持向量机及基于教学优化算法的Hermite正交基神经网络预测模型相比, 所提预测模型具有更高的预测精度、更快的收敛速度和更简单的模型结构, 验证了该模型的高效性, 便于推广和应用.     

基于径向基函数神经网络的混沌时间序列相空间重构双参数联合估计

鉴于径向基函数(RBF)神经网络模型在非线性预测方面的优良性能, 提出了利用该预测模型对混沌时间序列相空间重构的两个关键参数——延迟时间和嵌入维数进行联合估计的方法, 并以客观的评价指标为依据给出其最优估计值. 以Lorenz系统为例进行数值分析, 得到RBF单步及多步预测模型中嵌入维数和延迟时间的最佳参数估计值, 并在原模型中对估计值进行校验. 结果表明, 该方法可以有效地估计出嵌入维数和延迟时间, 从而显著提高预测精度.     

基于多核最小二乘支持向量机的永磁同步电机混沌建模及其实时在线预测

提出了多核最小二乘支持向量机的永磁同步电机混沌系统建模方法. 通过不同核函数的线性加权组合构造新的等价核,降低建模精度对核函数及其参数选择的依赖性. 理论上给出多核最小二乘支持向量机回归参数和模型输出值的求解方法. 采用关联积分计算方法对永磁同步电机混沌系统进行相空间重构,以窗式移动的在线学习方式对重构后的永磁同步电机混沌序列进行一步和多步实时在线预测,并讨论了不同测量噪声对该方法的影响. 仿真结果表明,该方法能有效提高永磁同步电机混沌系统的建模精度,具有良好的抗噪能力.     

基于高斯过程的混沌时间序列单步与多步预测

针对混沌时间序列单步和多步预测,提出基于复合协方差函数的高斯过程 (GP)模型方法.GP模型的确立由协方差函数决定,通过对训练数据集的学习,在证据最大化框架内,利用矩阵运算和优化算法自适应地确定协方差函数和均值函数中的超参数.GP模型与神经网络、模糊模型相比,其可调整参数很少.将不同复合协方差函数的GP模型应用在混沌时间序列单步及多步提前预测中,并与单一协方差函数的GP、支持向量机、最小二乘支持向量机、径向基函数神经网络等方法进行了比较.仿真结果表明,基于不同复合协方差函数的GP方法能精确地预测混沌时间序 关键词： 高斯过程 混沌时间序列 预测 模型比较     

基于多核最小二乘支持向量机的永磁同步电机混沌建模及其实时在线预测

提出了多核最小二乘支持向量机的永磁同步电机混沌系统建模方法. 通过不同核函数的线性加权组合构造新的等价核,降低建模精度对核函数及其参数选择的依赖性. 理论上给出多核最小二乘支持向量机回归参数和模型输出值的求解方法. 采用关联积分计算方法对永磁同步电机混沌系统进行相空间重构,以窗式移动的在线学习方式对重构后的永磁同步电机混沌序列进行一步和多步实时在线预测,并讨论了不同测量噪声对该方法的影响. 仿真结果表明,该方法能有效提高永磁同步电机混沌系统的建模精度,具有良好的抗噪能力. 关键词： 永磁同步电机 多核学习 最小二乘支持向量机 混沌预测     

时空混沌序列的局域支持向量机预测

结合局域预测法计算速度快的优点和支持向量机的泛化性能好、全局最优、稀疏解等特性，用局域支持向量机预测研究了时空混沌序列的局域预测性能，并用局域支持向量机预测模型讨论了嵌入维数、邻近个数选择以及时空混沌的耦合方式和格子间的耦合强度变化对时空混沌局域预测性能的影响.研究结果表明：局域支持向量机不仅比全局支持向量机、局域零阶预测、局域线性预测等方法具有更好的预测性能，且具有对嵌入维数和邻近个数不敏感的优点；时空混沌的耦合方式和格子间的耦合强度对时空混沌序列的预测性能有明显影响.     

Chaotic time series prediction: From one to another

In this Letter, a new local linear prediction model is proposed to predict a chaotic time series of a component x(t) by using the chaotic time series of another component y(t) in the same system with x(t). Our approach is based on the phase space reconstruction coming from the Takens embedding theorem. To illustrate our results, we present an example of Lorenz system and compare with the performance of the original local linear prediction model.     

Improving the prediction of chaotic time series

One of the features of deterministic chaos is sensitive to initial conditions. This feature limits the prediction horizons of many chaotic systems. In this paper, we propose a new prediction technique for chaotic time series. In our method, some neighbouring points of the predicted point, for which the corresponding local Lyapunov exponent is particularly large, would be discarded during estimating the local dynamics, and thus the error accumulated by the prediction algorithm is reduced. The model is tested for the convection amplitude of Lorenz systems. The simulation results indicate that the prediction technique can improve the prediction of chaotic time series.