14982.時間序列復雜網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)方法的性能分析及應用研究

1、國家自然科學基金項目(61271321，61573253，61401303)高等學校博士學科點專項科研基金項目(20120032110068)天津市科技支撐計劃重點項目(14ZCZDSF00025)天津市應用基礎(chǔ)研究計劃項目(13JCYBJCl7500)時間序列復雜網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)方法的性能分析及應用研究PerformanceAnalysisofComplexNetwork—BasedTimeSeriesAnalysisMethodsandAp

2、plicationResearch學科專業(yè)研究生指導教師企業(yè)導師控制工程郭建民曾明副教授孫冰高級工程師天津大學電氣與自動化工程學院二零一五年十一月一令一血牛_廣一月中文摘要時間序列分析在物理、生物、金融等領(lǐng)域的研究中起著非常重要的作用，但是，非平穩(wěn)非線性時間序列分析一直是困擾科研人員的難題。近年來新興的基于復雜網(wǎng)絡(luò)的時間序列分析方法，被廣大研究者用于挖掘非線性時間序列中包含的重要特征信息，成效顯著。但是現(xiàn)有研究仍然存在一些不足：目前研究

3、人員在特定對象上證實了各方法的有效性，卻沒有對各類方法的普適性進行深入地考察；在建網(wǎng)過程之中的模式表示、相似性測算、抗噪性能等方面仍然存在改進的空間；在復雜非線性風場分析中鮮有應用復雜網(wǎng)絡(luò)分析方法的報道。本文針對以上問題，對可視圖法和遞歸復雜網(wǎng)絡(luò)方法進行了多方面的性能比較，并提出了改進的建網(wǎng)方法；在應用方面，提出一種新的風場時間序列分類方法。主要工作如下：一、對遞歸復雜網(wǎng)絡(luò)方法和可視圖復雜網(wǎng)絡(luò)方法對典型非線性信號的表征效果進行了比較。通

4、過比較兩種建網(wǎng)方法在不同Hurst指數(shù)的分形布朗運動序列，和處于不同混沌狀態(tài)的LogisticMap信號的分類效果進行比較，結(jié)果表明：遞歸復雜網(wǎng)絡(luò)算法表征效果要優(yōu)于可視圖建網(wǎng)方法；當分形布朗運動的Hurst指數(shù)增大時其對應的遞歸復雜網(wǎng)絡(luò)社團結(jié)構(gòu)呈合并趨勢：遞歸復雜網(wǎng)絡(luò)和可視圖復雜網(wǎng)絡(luò)的表征效果都存在改進的空間。二、本文提出兩種時間序列復雜網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)改進方法。提出一種基于動態(tài)時間彎曲(DynamicTimeWarping，DTW)距離度量的

5、遞歸復雜網(wǎng)絡(luò)改進方法，改進遞歸復雜網(wǎng)建網(wǎng)時的相似性度量手段；提出一種基于瞬時能量譜的可視圖網(wǎng)絡(luò)改進方法，該方法利用希爾伯特黃變換提取時序信號的瞬時能量譜，在瞬時能量～譜基礎(chǔ)上進行可視圖分析。測試結(jié)果表明新方法提取非線性特征的能力均優(yōu)于原始方法。三、提出了一種融合經(jīng)驗模態(tài)分解(EmpiricalModeDecomposition，EMD)降噪和DTW遞歸復雜網(wǎng)絡(luò)分析的風場信號分類方法。利用EMD分解和遞歸定量分析方法相結(jié)合的方式提出一種信