基于概率密度分布型变化的突变检测新途径

成海英; 何文平; 何涛; 吴琼

doi:10.7498/aps.61.039201

摘要

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.

关键词:

Abstract

For a stable dynamic system, probability density distribution (PDD) of a system variable is relatively stable, and if there is a change in dynamic structure of a system, the PDD of the system variable will have some change correspondingly. According to this characteristic of PDD of a dynamic system, in this paper we present two new methods, namely, skewness index and kurtosis index, to detect an abrupt change in a time series by means of identifying some small changes in PDD. Tests on model time series indicate that skewness index and kurtosis index can be used to identify an abrupt change, such as abrupt change in parameter of an equation and abrupt dynamic change. Thus, we provide a new approach to detecting abrupt change in time series based on PDD. Further studies show that the detected results of the skewness index and kurtosis index are almost independence of the length of a subseries.

Keywords:

作者及机构信息

1.
盐城工学院基础教学部, 盐城 224051;

2.
国家气候中心, 北京 100081;

3.
济南市环境监测中心站, 济南 250014;

4.
国家卫星气象中心, 北京 100081

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 40905034, 41175067, 40930952)和公益性行业(气象) 科研专项(批准号: GYHY201106015, GYHY201106016)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Department of Fundamental Science Teaching, Yancheng Institute of Technology, Yancheng 224051, China;

2.
National Climate Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China;

3.
Jinan Environmental Monitoring Center, Jinan 250014, China;

4.
National Satellite Meteorological Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 40905034, 41175067, 40930952) and the Special Scientific Research Fund of Meteorological Public Welfare Profession of China (Grant Nos. GYHY201106015, GYHY201106016).

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