JP5738778B2 - 最適モデル推定装置、方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
経済時系列データに代表される現実の時系列は時間と共に大きく変動し、一般的に解析が困難である。この様な時系列は非定常と呼ばれ、想定するモデルも非線形になる。本発明は、非線形非定常時系列モデルに対する一つの状態推定アルゴリズムであるUnscented Kalman Filter(UKF)において、非線形時系列モデル中に存在する様々なノイズの分散値が未知である場合でも、その総和を1に抑えることで安定的な推定を可能にするNormalized UKF(Unscented Kalman Filter)に関するものである。
本発明の実施の形態に係る最適モデル推定装置100は、観測値の時系列データが入力され、状態空間の最適モデルを推定する。この最適モデル推定装置100は、CPUと、RAMと、後述する最適モデル推定処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶したROMとを備えたコンピュータで構成され、機能的には次に示すように構成されている。図1に示すように、最適モデル推定装置100は、入力部10と、演算部20と、出力部30とを備えている。
次に、本実施の形態に係る最適モデル推定装置100の作用について説明する。まず、オペレータにより、状態空間モデルの定義が最適モデル推定装置100に入力されると、最適モデル推定装置100によって、入力された状態空間モデルの定義が、メモリ(図示省略)へ格納される。また、時刻t1〜tNの観測値からなる時系列データが、最適モデル推定装置100に入力されると、最適モデル推定装置100によって、入力された時系列データが、メモリへ格納される。そして、最適モデル推定装置100によって、図4に示す最適モデル推定処理ルーチンが実行される。
次に、人工データを利用した実験結果について説明する。テスト1では、時系列モデルが自己回帰項のみ(2次AR、AR係数は1.5,−0.9)で、この項にシステムノイズが0.07、観測ノイズが0.03のる問題とした。テスト2は、時系列モデルが自己回帰項+トレンド項のモデルでそれぞれの項にシステムノイズが0.07、0.03のり、観測ノイズがのらない問題とした。それぞれ人工データを発生し、本発明の手法でモデルの同定がどれほどできるか評価した。
20 演算部
21 状態空間モデリング部
22 状態推定部
23 最適モデル推定部
24 推定結果データ生成部
100 最適モデル推定装置
Claims (3)
- システムノイズを用いて状態ベクトルXを非線形に時間更新するための状態更新式、及び観測ノイズを用いて状態ベクトルXと観測値との関係を示す観測方程式を用いて定められた状態空間モデルについて、前記状態ベクトルXの推定誤差分散の共分散行列を、システムノイズの共分散行列の対角成分及び観測ノイズの分散値の総和で正規化した正規化推定誤差分散共分散行列と、前記システムノイズの共分散行列を前記総和で正規化した正規化システムノイズ共分散行列と、前記観測ノイズの分散値を前記総和で正規化した正規化観測ノイズ分散とを用いたシグマ点列の発生、状態ベクトルXの状態更新、及び観測更新を行うNormalized UKF(Unscented Kalman Filter)に従って、前記観測値の時系列データに基づいて前記状態ベクトルXを逐次推定すると共に、予測値を時系列に算出し、時系列に算出された前記予測値と対応する観測値との予測誤差を各々算出する状態推定手段と、
予め用意された前記正規化システムノイズ共分散行列及び前記正規化観測ノイズ分散の組み合わせの各々を用いたときに前記状態推定手段によって各々算出された前記予測誤差に基づいて、最適な正規化システムノイズ共分散行列及び正規化観測ノイズ分散を特定し、最適な正規化システムノイズ共分散行列及び正規化観測ノイズ分散を用いた前記状態空間モデルを、最適モデルの推定結果とする最適モデル推定手段と、
を含む最適モデル推定装置。 - 状態推定手段及び最適モデル推定手段を含む最適モデル推定装置における最適モデル推定方法であって、
前記最適モデル推定装置は、
状態推定手段によって、システムノイズを用いて状態ベクトルXを非線形に時間更新するための状態更新式、及び観測ノイズを用いて状態ベクトルXと観測値との関係を示す観測方程式を用いて定められた状態空間モデルについて、前記状態ベクトルXの推定誤差分散の共分散行列を、システムノイズの共分散行列の対角成分及び観測ノイズの分散値の総和で正規化した正規化推定誤差分散共分散行列と、前記システムノイズの共分散行列を前記総和で正規化した正規化システムノイズ共分散行列と、前記観測ノイズの分散値を前記総和で正規化した正規化観測ノイズ分散とを用いたシグマ点列の発生、状態ベクトルXの状態更新、及び観測更新を行うNormalized UKF(Unscented Kalman Filter)に従って、前記観測値の時系列データに基づいて前記状態ベクトルXを逐次推定すると共に、予測値を時系列に算出し、時系列に算出された前記予測値と対応する観測値との予測誤差を各々算出するステップと、
最適モデル推定手段によって、予め用意された前記正規化システムノイズ共分散行列及び前記正規化観測ノイズ分散の組み合わせの各々を用いたときに前記状態推定手段によって各々算出された前記予測誤差に基づいて、最適な正規化システムノイズ共分散行列及び正規化観測ノイズ分散を特定し、最適な正規化システムノイズ共分散行列及び正規化観測ノイズ分散を用いた前記状態空間モデルを、最適モデルの推定結果とするステップと、
を含んで実行することを特徴とする最適モデル推定方法。 - コンピュータを、
システムノイズを用いて状態ベクトルXを非線形に時間更新するための状態更新式、及び観測ノイズを用いて状態ベクトルXと観測値との関係を示す観測方程式を用いて定められた状態空間モデルについて、前記状態ベクトルXの推定誤差分散の共分散行列を、システムノイズの共分散行列の対角成分及び観測ノイズの分散値の総和で正規化した正規化推定誤差分散共分散行列と、前記システムノイズの共分散行列を前記総和で正規化した正規化システムノイズ共分散行列と、前記観測ノイズの分散値を前記総和で正規化した正規化観測ノイズ分散とを用いたシグマ点列の発生、状態ベクトルXの状態更新、及び観測更新を行うNormalized UKF(Unscented Kalman Filter)に従って、前記観測値の時系列データに基づいて前記状態ベクトルXを逐次推定すると共に、予測値を時系列に算出し、時系列に算出された前記予測値と対応する観測値との予測誤差を各々算出する状態推定手段、及び
予め用意された前記正規化システムノイズ共分散行列及び前記正規化観測ノイズ分散の組み合わせの各々を用いたときに前記状態推定手段によって各々算出された前記予測誤差に基づいて、最適な正規化システムノイズ共分散行列及び正規化観測ノイズ分散を特定し、最適な正規化システムノイズ共分散行列及び正規化観測ノイズ分散を用いた前記状態空間モデルを、最適モデルの推定結果とする最適モデル推定手段
として機能させるためのプログラム。
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JP2012011243A JP5738778B2 (ja) | 2012-01-23 | 2012-01-23 | 最適モデル推定装置、方法、及びプログラム |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2013149203A JP2013149203A (ja) | 2013-08-01 |
JP5738778B2 true JP5738778B2 (ja) | 2015-06-24 |
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