基于近似熵的突变检测新方法

近似熵是一个有效的非线性动力学指数,能够用于表征时间序列的复杂性,通过滑动窗口技术,近似熵对于一维时间序列的动力学结构突变具有一定的识别能力,但其突变检测结果依赖于子序列长度的选择,且不能准确定位突变点.鉴于此,本文提出了一种新的突变检测方法——滑动移除近似熵.测试结果表明,滑动移除近似熵具有检测结果稳定性好、准确性高等特点,明显优于滑动近似熵和Mann-Kendall方法,其在实际观测资料中的应用进一步证实了新方法的可靠性. 关键词： 近似熵 滑动移除近似熵 突变检测     

一种基于重标极差方法的动力学结构突变检测新方法

提出了一种针对相关性时间序列动力学结构突变检测的新方法——滑动移除重标极差分析.数值试验表明,新方法能够准确的检测出理想序列中的动力学结构突变,其检测结果对于子序列的长度依赖性较小,而且具有很强的抗噪能力,弥补了滑动去趋势波动分析的不足. 关键词： 标度指数 滑动移除重标极差分析 滑动去趋势波动分析 动力学结构突变     

非线性动力学方法在气候突变检测中的应用

快速、准确的检测气候突变, 对于我们认识气候系统的变化和对未来气候系统演变趋势的预测有着重要的现实意义和社会经济价值. 本文主要回顾了近年来非线性突变检测技术的主要研究进展及其在实际观测资料中的应用, 其中包括基于气候系统长程相关性的检测方法, 如滑动去趋势波动分析方法、滑动移除去趋势波动分析方法、滑动移除重标极差方法和指纹法等; 以及基于时间序列复杂性的检测方法, 如近似熵方法, Fisher信息和小波Fisher信息等. 此外, 本文还指出发展针对空间场的突变检测技术是未来一个可能的发展方向. 由于空间场所包含的气候系统的演变信息远高于单点时间序列, 空间场的突变检测技术将会使得对气候突变的检测时间大大缩短, 从而使得人们有足够的时间去采取行动, 以便为适应气候突变所带来的新挑战做好准备.     

滑动移除重标方差在动力学结构突变检验中的应用

标度指数是一个有效的非线性动力学指数,能够针对相关性时间序列动力学结构突变进行检测;通过滑动窗口技术和滑动移除窗口技术,重标极差对于相关时间序列动力学突变具有很好的检测能力,但由于重标极差方法本身的不完善,在滑动移除窗口较小时其检测结果出现一些虚假的突变点和突变区间.鉴于此,本文提出了一种新的动力学检测方法—–滑动移除重标方差.理想序列数值试验表明,滑动移除重标方差具有很强的稳定性和准确性,在滑动窗口较小时其检测结果没有出现虚假的突变点和区间,实测资料的应用进一步验证了新方法的可靠性.     

不同趋势对滑动移除近似熵的影响

许多观测资料中存在着各种各样的趋势,如季节变化引起的周期性趋势、全球变暖所造成的线性趋势、多项式趋势等.鉴于此,本文研究了各种趋势对滑动移除近似熵的影响.数值试验结果表明,周期性趋势、线性趋势及非线性趋势均对滑动移除近似熵的突变检测结果影响较小,论证了滑动移除近似熵方法检测突变的可靠性,为该方法在实际观测资料中的广泛应用提供了实验基础.     

滑动移除小波分析法在动力学结构突变检验中的应用

标度指数计算的即时性与准确性对相关时间序列的动力学结构突变分析至关重要,然而现有方法在即时性与准确性上一直无法兼顾.将小波分析方法与滑动移除窗口技术相融合,提出一种新的动力学结构突变检测方法——滑动移除小波分析法.通过选取不同的滑动移除窗口,分别对构建的线性、非线性理想时间序列进行动力学结构突变分析,结果表明不论是线性时间序列还是非线性时间序列,滑动移除小波分析能够准确地检测到序列的动力学结构突变点及突变区间,对于滑动移除窗口长度依赖性较小,具有很强的稳定性,而且在计算速度上明显优于滑动移除重标极差和滑动移除方差分析方法,将在大数据处理中具有一定的优势.同时分别对线性、非线性理想时间序列添加高斯白噪声,结果表明滑动移除小波分析具有很强的抗噪能力,能够准确地检测到加噪后序列的突变点.对佛坪站日最高温度实测资料的动力学结构突变的准确检测进一步验证了该方法的有效性.滑动移除小波分析法可为具有相关性的系统动力学结构突变的快速、准确检测提供一种途径.     

混沌伪随机序列复杂度分析的符号动力学方法

通过将混沌伪随机序列看成一个符号序列，提出了用符号动力学的 方法来分析混沌伪随机序列的复杂度.以Logistic映射和耦合映射格子系统产生的混沌伪随 机序列为例，说明了该方法的应用，并将计算结果与近似熵ApEn法的计算结果作了比较.结 果表明，该方法可以有效地判断出不同的混沌伪随机序列的复杂程度，而且比近似熵法更为 优越. 关键词： 混沌 伪随机序列 符号动力学 熵     

近似熵检测气候突变的研究

引入近似熵方法应用于理想时间序列,检验了该方法具有区别不同动力学结构和检测其突变的特性.然后应用于中国气象局国家气候中心740站点1960—2000年的逐日气温和降水观测资料.分析结果表明,温度和降水分布存在明显的区域分布特征,反映出气候系统动力学结构区域间的差异;在20世纪70年代末到80年代初各站点具有不同程度的突变现象,说明了突变时空分布的不均一性以及气候系统演化的复杂性. 关键词： 气候突变 温度 降水 近似熵     

基于概率密度分布型变化的突变检测新途径

对于一个稳定的动力系统而言,系统变量的概率密度具有较为稳定的分布型,而当系统的动力学结构发生变化后可能会导致系统变量的分布型发生不同程度的变化.鉴于此,本文从识别系统变量的概率密度分布的微小变化角度出发,将描述时间序列概率分布特征的偏度系数和峰度系数应用于时间序列的突变检测中.数值试验结果表明,偏度系数和峰度系数对突变信号具有很好的识别能力,进而揭示了一条检测突变的新途径.进一步的研究表明,新方法的检测结果对于子序列长度的选择具有较小的依赖性.     

去趋势波动分析方法中不重叠等长度子区间长度的确定

针对去趋势波动分析方法中参数不重叠等长度子区间长度s的选取,基于信息论的基本原理,提出使用符号分析方法对原始数据进行符号编码,并使用不同的方式对符号序列进行分段、计算互信息函数.细致描述了不同分段方式对原始混沌序列的信息编码能力,以此判断所采用的分段方式能否真实有效地还原原始序列所包含的全部信息.给出了确定最优分段个数或各分段长度的具体方式,确定了不重叠等长度子区间长度s的选取算法,以及判断所研究序列是否适用于去趋势波动分析方法,避免了以往参数s选取中随机性和主观性给计算结果带来的错误信息.进一步将该方法应用于实际温度资料,计算并分析中国1961—2000年逐日平均温度的去趋势波动分析指数分布状况.     

基于Fisher信息理论的突变检测新方法

自然界许多复杂系统的动力学结构因其受外强迫的作用, 常常会发生与人类生活密切相关的突变. 对突变做出准确预测并采取相应对策的有效途径就是检测. Fisher信息(FI)是一种能够敏锐捕捉并刻画系统变量的概率密度分布发生微小变化的量; 而当系统的动力学结构发生突变时, 来自突变前后两种不同动力学结构的数据其概率密度分布肯定会发生不同程度的改变. 基于此,本文将它用于检测和识别系统动力学结构所发生的突变, 以一种全新的思路来解决突变检测问题. 首先通过理想数据序列展示了使用FI来表征各种不同类型理想信号突变的能力. 进而应用于中国气象局国家气象信息中心“西北地区地面气候资料日值数据集”兰州站1960–2008年日平均气温资料的实际检测中, 结果表明与已有历史记载相符合, 进一步验证了该方法的有效性和实用性. 关键词： Fisher信息 动力学结构 突变检测 概率密度分布     

基于近似熵测度的铝合金P-MIG焊亚射流过渡自适应控制研究

铝合金熔化极惰性气体保护焊(MIG)的亚射流过渡方式具有弧长调节作用强、焊缝成形美观的优点.本文从非线性动力学近似熵测度的角度对铝合金脉冲MIG焊的电弧电压信号进行分析,进而评价自适应控制模式针对亚射流过渡方式的适用性;讨论在自适应控制模式下,改变工艺参数和熔滴过渡方式时,近似熵值的变化;并对比自适应控制与普通脉冲控制在射滴过渡方式下的近似熵值大小.结果表明近似熵越小,自适应控制越成功,控制越有效. 关键词： 自适应控制 亚射流过渡 熔化极惰性气体保护焊(MIG) 近似熵     

中国近58年温度极端事件的区域特征及其与气候突变的联系

运用动力学自相关因子指数Q分析中国温度的时空变化特征,得到8个不同的动力学温度变化特征区：准噶尔区、 东北区、西北区、西南东区、西南西区、华北区、东南区和中南区.初步讨论了这些特征区的年均温度变化和极端温度年出现天数及其与温度突变的关系,以及不同温度段对中国近58年增暖的可能影响.研究结果表明：（1）准噶尔区、东北区等7个温度特征区近58年的年均温和极端高温的年出现天数均表现为增长趋势,极端低温天数则为降低趋势,极端高温的变化与温度增暖呈正相关,与极端低温则呈负相关.同时,北方涛动、南方涛动 关键词： Q指数')" href="#">Q指数 温度段 极端温度 温度突变     

一种考虑温度的分布式互连线功耗模型

基于集总式电阻-电容树形功耗模型,考虑了非均匀温度分布对互连线电阻的影响,提出了一种新的分布式互连线动态功耗解析模型,解决了集总式模型不能表征非均匀温度变化带来的电阻变化的问题,并计算了一次非理想的激励冲激下整个互连模型消耗的总能量.基于所提出的分布式互连线功耗模型,计算了纳米级互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺典型长度互连线的Elmore延时和功耗,发现非均匀温度分布对互连功耗的影响随着互连线长度的增加而增加,单位长度功耗随着CMOS工艺特征尺寸的变化而基本不变.文中所提出的功耗模型可以用来精确估算互 关键词： 互连线 温度梯度 动态功耗模型 纳米级互补金属氧化物半导体     

试用临界慢化原理探讨气候突变

近年来, 临界慢化现象在揭示复杂动力系统是否趋向于临界性灾变方面展示了重要潜力. 本文基于临界慢化的理念, 着重研究不同噪声影响下, 气候突变前兆信号出现的时间; 对含有不同噪声的气温观测资料、太平洋年代际振荡指数以及阿留申低压强度资料进行处理, 研究突变的前兆信号. 以20世纪70年代末80年代初这次气候突变为例, 分别计算了表征临界慢化现象的方差和自相关系数. 结果表明, 临界慢化现象出现在具有不同信噪比的资料中, 这表明临界慢化现象可能是气候突变发生前的一个前兆信号, 并且噪声对气候突变前兆信号的检测结果影响较小, 从而论证了临界慢化现象检测突变前兆信号的可靠性, 为该方法在实际观测资料中的广泛应用提供了实验基础.     

光刻投影物镜光学元件运动学支撑结构的设计与分析

为了实现曝光工作过程中深紫外投影光刻物镜的动态稳定性,设计了一种能够消除温度和应变影响的光学元件运动学支撑结构,研究了如何利用该支撑结构消除温度变化和外界应变对光学元件面形的影响。首先,计算单个支座的径向柔度,并与有限元分析结果进行比较。然后,分析在不同温度载荷和外界应变工况下光学元件上、下表面面形的变化,并与三点胶粘固定支撑方式下的结果进行了比较。计算结果表明：通过理论公式推导的支座径向柔度与仿真结果的误差绝对值小于2．2％;温度升高0．1℃时光学元件上下表面面形RMS值小于0．36nm;平面度公差5μm时面形RMS值小于0．05nm。与三点胶粘固定方式相比,运动学支撑方式能够有效消除温度变化和外界应变对光学元件表面面形的影响．