JP7067748B2 - Time-series data evaluation device and time-series data evaluation program - Google Patents
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Description
この発明は、時系列データ評価装置及び時系列データ評価用プログラムに関するものである。 The present invention relates to a time-series data evaluation device and a time-series data evaluation program.
例えば、時系列データについてカオス度合を把握するための定量化法として、リアプノフ指数と呼ばれる指標がよく用いられている。リアプノフ指数を求める場合は、データ生成源の情報(離散系の差分方程式や連続系の微分方程式等)が既知である必要がある。データ生成源の情報が未知である場合には、大量のデータから推定する手段が与えられているが、所謂「埋め込み次元の推定」に関する処理は、次元毎に系の様子を見ながら調整を繰り返す必要があり煩雑であるにも拘わらず、必ずしも一意にリアプノフ指数を得られないという問題がある(非特許文献5、6、7)。 For example, an index called the Lyapunov exponent is often used as a quantification method for grasping the degree of chaos in time series data. When calculating the Lyapunov exponent, it is necessary to know the information of the data generation source (discrete system difference equation, continuous system differential equation, etc.). When the information of the data generation source is unknown, a means of estimating from a large amount of data is given, but the process related to the so-called "estimation of the embedded dimension" repeats adjustment while observing the state of the system for each dimension. Despite the necessity and complexity, there is a problem that the Lyapunov exponent cannot always be uniquely obtained (Non-Patent Documents 5, 6 and 7).
近年になって情報理論に基づく「カオス尺度(Chaos Degree)」と称される指標が提案された(非特許文献1)。以下に、カオス尺度の計算手法の一例を示す。 In recent years, an index called "Chaos Degree" based on information theory has been proposed (Non-Patent Document 1). The following is an example of a calculation method for the chaos scale.
<カオス尺度の定義>
データ長がn+1の時系列データを
{ξ0,ξ1,ξ2,・・・,ξn}・・・(1)
と表す。
データは、差分方程式τ
Time-series data with data length n + 1
{Ξ 0 , ξ 1 , ξ 2 , ..., ξ n } ... (1)
It is expressed as.
The data is the difference equation τ
上記のξkが含まれている区間I≡[a,b]をm個の区間に等分割する。この分割区間をXi(i=1,2,・・・,m)とすると、Iについて次の式(2)が成り立つ。
ここで、ξk∈Xiとなる確率分布p(i)と、ξk∈Xi,ξk+1∈Xjとなる同時確率分布p(i,j)を次の式(3)、(4)の通りに算出する。
上記のように確率分布p(i)と同時確率分布p(i,j)が求まると、カオス尺度Hは以下の式(5)または式(6)として定義される。
上記のカオス尺度Hの最小値は0であるが、最大値は分割数mに依存してlogmである。
このカオス尺度とリアプノフ指数は極めて類似の挙動を示すことが知られている(非特許文献2、3、4)。図1~図3には、ロジスティック写像(a:3.5~4.0)のカオス尺度とリアプノフ指数の値の変化を示している。図1は分割数m=80、細分割数M=80であり、図2は分割数m=160、細分割数M=160ものを示しており、図3は分割数m=320、細分割数M=320のものを示している。いずれも、データ長(n+1)のnが10000000である。これら図1~図3を参照すると、カオス尺度とリアプノフ指数は、類似の変化を行うことが明らかである。カオス尺度は、データのみから一意に計算可能であるという特徴を有している。
It is known that this chaos scale and the Lyapunov exponent behave very similar (
近年になって、本願発明者らは、カオス尺度とリアプノフ指数の数理学的関係性を明らかにした(非特許文献8、9、10、11)。
In recent years, the inventors of the present application have clarified the mathematical relationship between the chaos scale and the Lyapunov exponent (Non-Patent
また、本願発明者らは、カオス尺度の分割をΔx≡||Xi||(j=1,2,・・・,m)と表したとき、カオス尺度はΔx→0の極限において、
更に、本願発明者らは、カオス尺度を改良した拡張カオス尺度と称する指標を求める時系列データ解析装置及び時系列データ解析用プログラムの発明を出願した(特願2019-190055)。以下に、拡張カオス尺度の説明を行う。 Furthermore, the inventors of the present application have filed an invention of a time-series data analysis device and a time-series data analysis program for obtaining an index called an extended chaos scale, which is an improved chaos scale (Japanese Patent Application No. 2019-190055). The extended chaos scale will be described below.
<拡張カオス尺度>
データ長がn+1の時系列データを式(8)により表す。
{ξ0,ξ1,ξ2,・・・,ξn}・・・(8)
<カオス尺度の定義>において述べたように、分割数mに対する分割区間XiをXi(i=1,2,・・・,m)とすると、Iについて次の式(9)が成り立つものであった。なお、式(9)と式(2)は、同一である。
Time-series data having a data length of n + 1 is represented by the equation (8).
{Ξ 0 , ξ 1 , ξ 2 , ..., ξ n } ... (8)
As described in <Definition of chaos scale>, if the division interval X i for the partition number m is X i (i = 1, 2, ..., M), the following equation (9) holds for I. Met. The equation (9) and the equation (2) are the same.
上記分割区間を各分割区間毎にM分割した細分割区間をX´iをX´i(i=1,2,・・・,m×M)とすると、Iについて次の式(10)が成り立つ。
上記式(11)により確率分布算出手段が確率分布p(i)を求める。また、上記式(12)により同時確率算出手段が同時確率p´(i,j)を求める。 The probability distribution calculation means obtains the probability distribution p (i) by the above equation (11). Further, the joint probability calculation means obtains the joint probability p'(i, j) by the above equation (12).
また、本実施形態では、拡張カオス尺度H*を拡張カオス尺度算出手段が算出するが、拡張カオス尺度H*を求めるための中間値として次の式(13)と式(14)により示されるhを拡張カオス尺度算出手段が算出する。
拡張カオス尺度H*を拡張カオス尺度算出手段が算出するためには、次の式(15)によるものとする。即ち、拡張カオス尺度算出手段は、次の式(15)と、上記式(13)または上記式(14)のいずれかを用いて、拡張カオス尺度H*を算出する。
0log0=0
である。
In order for the extended chaos scale calculation means to calculate the extended chaos scale H * , the following equation (15) is used. That is, the extended chaos scale calculating means calculates the extended chaos scale H * by using the following formula (15) and either the above formula (13) or the above formula (14).
0log0 = 0
Is.
本発明は、分割数mや細分割数Mの大小に関わりなく、精度良く時系列データ評価を行うことが可能な時系列データ評価装置及び時系列データ評価用プログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a time-series data evaluation device and a time-series data evaluation program capable of performing time-series data evaluation with high accuracy regardless of the size of the number of divisions m or the number of subdivisions M. ..
本発明の実施形態に係る時系列データ評価装置は、nを正の整数として、データ長がn+1の時系列データ{ξ0,ξ2,ξ3,・・・,ξn}が、写像τによりξk=τ(ξk-1)=τk(ξ0),k=1,2,・・・,nとして生成されるとき、ξkが含まれる区間Iをm個の区間に等分割した分割区間Xi(i=1,2,・・・,m)について、各分割区間を更にM等分した細分割区間Xjを有するデータに関し、外測度と同時外測度を求めると共に内測度と同時内測度を求める外測度・内測度算出手段と、
前記外測度と前記同時外測度に基づき、データ密度を一定としたときの一定密度同時外測度及びi固定の外測度全度数を求めると共に、前記内測度と前記同時内測度に基づき、データ密度を一定としたときの一定密度同時内測度及びi固定の内測度全度数を求める一定密度情報算出手段と、
前記一定密度同時外測度及び前記i固定の外測度全度数に基づき、外測度に関する外測度確率分布とデータ密度を一定とした場合の外測度条件付確率分布を求めると共に、前記一定密度同時内測度及び前記i固定の内測度全度数に基づき、内測度に関する内測度確率分布とデータ密度を一定とした場合の内測度条件付確率分布を求める確率分布算出手段と、
前記外測度確率分布と前記外測度条件付確率分布に基づき外測度に関する外測度データ評価値を求めると共に、前記内測度確率分布と前記内測度条件付確率分布に基づき内測度に関する内測度データ評価値を求める外測度・内測度評価値算出手段と、
前記外測度データ評価値と前記内測度データ評価値に基づき前記時系列データ全体の評価値を算出する時系列データ評価値算出手段と
を具備することを特徴とする。
In the time-series data evaluation device according to the embodiment of the present invention, the time-series data {ξ 0 , ξ 2 , ξ 3 , ..., ξ n } with the data length n + 1 is the map τ, where n is a positive integer. When ξ k = τ (ξ k-1 ) = τ k (ξ 0 ), k = 1, 2, ..., N, the interval I containing ξ k is equal to m intervals. For the divided division section X i (i = 1, 2, ..., M), the external measure and the simultaneous external measure are obtained and the inner measure is obtained for the data having the subdivision section X j in which each division section is further divided into M equal parts. An external measure / internal measure calculation method for obtaining a measure and an internal measure at the same time,
Based on the external measure and the simultaneous external measure, the constant density simultaneous external measure when the data density is constant and the i-fixed external measure total frequency are obtained, and the data density is calculated based on the internal measure and the simultaneous internal measure. A constant density information calculation means for obtaining a constant density simultaneous internal measure and i-fixed internal measure total frequency when the value is constant.
Based on the constant density simultaneous external measure and the i-fixed external measure total frequency, the external measure probability distribution related to the external measure and the external measure conditional probability distribution when the data density is constant are obtained, and the constant density simultaneous internal measure is obtained. And the probability distribution calculation means for obtaining the internal measure conditional probability distribution when the internal measure probability distribution and the data density are constant for the internal measure based on the i-fixed internal measure total frequency.
The external measure data evaluation value related to the external measure is obtained based on the external measure probability distribution and the external measure conditional probability distribution, and the internal measure data evaluation value related to the internal measure based on the internal measure probability distribution and the internal measure conditional probability distribution. External measure / inner measure evaluation value calculation means to obtain
It is characterized by comprising a time-series data evaluation value calculation means for calculating the evaluation value of the entire time-series data based on the outer measure data evaluation value and the inner measure data evaluation value.
以下添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る時系列データ評価装置及び時系列データ評価用プログラムを説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。図4は、実施形態に係る時系列データ評価装置100のブロック図を示す。時系列データ評価装置100は、クラウドコンピュータ、サーバコンピュータ、パーソナルコンピュータ、その他のコンピュータにより構成することができる。
Hereinafter, the time-series data evaluation device and the time-series data evaluation program according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each figure, the same components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. FIG. 4 shows a block diagram of the time series
時系列データ評価装置100は、CPU101が主メモリ102のプログラムやデータに基づき演算を行うものである。CPU101には、バス103を介して外部記憶装置104が接続されており、外部記憶装置104には、時系列データ評価用プログラムが記憶されている。CPU101が外部記憶装置104から時系列データ評価用プログラムを主メモリ102へ読み出してこのプログラムを実行することにより時系列データ評価装置として機能する。
In the time-series
バス103には、外部記憶装置104以外に時系列データ供給部105が接続されている。時系列データ供給部105は、外部のセンサなどからリアルタイムで時系列データを取り込み保持するものとすることができ、或いは、外部の何らかの装置などが収集した時系列データを取り込み保持したものとすることができる。更に、収集した時系列データを記憶した媒体がセットされることにより、時系列データを保持し供給可能となっている装置であっても良い。更に、上記の構成を全て備えたものであっても良い。いずれにしても、CPU101が時系列データ評価用プログラムを実行して時系列データの評価を行う場合には、時系列データはこの時系列データ供給部105から供給される。
A time-series
バス103には、結果出力部106が接続されている。結果出力部106は、表示装置やプリンタなど、時系列データ評価装置100において処理した結果を出力する装置とすることができる。また、結果出力部106は、時系列データ評価装置100において処理した結果を記憶する媒体でもよく、更に、回線などを介して処理の依頼者(クライアント)へ処理結果を送信などする装置であっても良い。
The
外部記憶装置104に記憶されている時系列データ評価用プログラムが実行されることにより、図5に示される各手段が実現される。即ち、時系列データ評価装置100は、図5に示されるように、外測度・内測度算出手段201、一定密度情報算出手段202、確率分布算出手段203、外測度・内測度評価値算出手段204、時系列データ評価値算出手段205を具備している。
By executing the time-series data evaluation program stored in the
本実施形態の時系列データ評価装置100では、以下に示す<評価値>を得るものであり、これにより求めた評価値とリアプノフ指数の差を小さく抑え、当該評価値をリアプノフ指数の推定値として機能させるものである。この評価値は、KSエントロピーの推定値としても機能させることも可能である。
The time-series
外測度・内測度算出手段201は、nを正の整数として、データ長がn+1の時系列データ{ξ0,ξ2,ξ3,・・・,ξn}が、写像τによりξk=τ(ξk-1)=τk(ξ0),k=1,2,・・・,nとして生成されるとき、ξkが含まれる区間Iをm個の区間に等分割した分割区間Xi(i=1,2,・・・,m)について、各分割区間を更にM等分した細分割区間Xjを有するデータに関し、外測度と同時外測度を求めると共に内測度と同時内測度を求めるものである。 In the external measure / inner measure calculation means 201, the time series data {ξ 0 , ξ 2 , ξ 3 , ..., ξ n } with the data length n + 1 is ξ k = by the mapping τ, where n is a positive integer. When τ (ξ k-1 ) = τ k (ξ 0 ), k = 1, 2, ..., N, the section I containing ξ k is equally divided into m sections. For X i (i = 1, 2, ..., M), for the data having the subdivided section X j in which each divided section is further divided into M equal parts, the outer measure and the simultaneous external measure are obtained, and the inner measure and the inner measure are simultaneously included. It asks for a measure.
具体的には、長さがn+1の時系列データ{ξ0,ξ2,ξ3,・・・,ξn}に対して、外測度カウンタc1[i]、同時外測度カウンタc2[i][j]の値を、次の式(16)、式(17)によりCPU101が計算を行って、外測度c1[i]、同時外測度c2[i][j]を得る。
内測度カウンタc3[i]、同時内測度カウンタc4[i][j]の値を、CPU101が図6に示すフローチャートのアルゴリズムにより計算を行って、内測度c3[i]、同時内測度c4[i][j]を得る。この図6のフローチャートを用いて動作を説明する。 The CPU 101 calculates the values of the inner measure counter c 3 [i] and the simultaneous inner measure counter c 4 [i] [j] by the algorithm of the flowchart shown in FIG. Obtain the measure c 4 [i] [j]. The operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
CPU101は図6のフローチャートに示す処理を行う。即ち、ステップS11からステップS25までにおいてはiを1からmまで1づつ歩進させて処理を行うステップである。ステップS11においてはiを1に歩進し、同時内測度カウンタc4[i][1]へ同時外測度カウンタc2[i][1]の値をセットし(S12)、同時内測度カウンタc4[i][m×M]へ同時外測度カウンタc2[i][m×M]の値をセットする(S13)。この次にステップS14へ進む。 The CPU 101 performs the process shown in the flowchart of FIG. That is, in steps S11 to S25, i is stepped from 1 to m one by one to perform processing. In step S11, i is stepped to 1, and the values of the simultaneous external measure counter c 2 [i] [1] are set in the simultaneous internal measure counter c 4 [i] [1] (S12), and the simultaneous internal measure counter is set. c 4 [i] [m × M] is set to the value of the simultaneous outer measure counter c 2 [i] [m × M] (S13). Next, the process proceeds to step S14.
ステップS14からステップS20までにおいてはjを2からm×M-1まで1づつ歩進させて処理を行うステップである。そこで、ステップS15では、同時外測度カウンタc2[i][j+1]の値が0より大きく、且つ、同時外測度カウンタc2[i][j-1]の値が0より大きいかを検出し、YESの場合には、同時内測度カウンタc4[i][j]へ同時外測度カウンタc2[i][j]の値をセットする(S16)。ステップS15においてNOとなると、同時内測度カウンタc4[i][j]へ0をセットする(S18)。ステップS20では、jがm×M-1となっているかを検出し(S20)、NOとなるとステップS14へ戻ってjを歩進させてステップS15からステップS20までを繰り返す。 In steps S14 to S20, j is stepped from 2 to m × M-1 one by one to perform processing. Therefore, in step S15, it is detected whether the value of the simultaneous outer measure counter c 2 [i] [j + 1] is larger than 0 and the value of the simultaneous outer measure counter c 2 [i] [j-1] is larger than 0. If YES, the value of the simultaneous external measure counter c 2 [i] [j] is set in the simultaneous internal measure counter c 4 [i] [j] (S16). When NO is set in step S15, 0 is set in the simultaneous internal measure counters c 4 [i] and [j] (S18). In step S20, it is detected whether j is m × M-1 (S20), and if NO, the process returns to step S14 to advance j, and steps S15 to S20 are repeated.
ステップS20においてYESとなると、内測度カウンタc3[i]に0をセットし(S21)、jを1からm×Mまで1づつ歩進させて処理を行うステップS22からステップS24の処理へ進む。このステップS22からステップS24の処理では、内測度カウンタc3[i]へ、jを1からm×Mまで1づつ歩進させた内測度カウンタc3[i]の値と同時内測度カウンタc4[i][j]の値との和をセットし、j=m×Mとなると、iがmとなっていない限りステップS11へ戻ってiを1に歩進し、ステップS12以降の処理を続ける。
以上のようにして、内測度c3[i]、同時内測度c4[i][j]が得られる。
If YES in step S20, 0 is set in the inner measure counter c 3 [i] (S21), and j is stepped from 1 to m × M one by one to proceed from step S22 to step S24. .. In the process from step S22 to step S24, the value of the inner measure counter c 3 [i] obtained by stepping j from 1 to m × M to the inner measure counter c 3 [i] and the simultaneous inner measure counter c. 4 When the sum with the values of [i] and [j] is set and j = m × M, unless i is m, the process returns to step S11 and steps i to 1, and the processing after step S12. Continue.
As described above, the inner measure c 3 [i] and the simultaneous inner measure c 4 [i] [j] can be obtained.
次に、CPU101は、一定密度情報算出手段202として動作する。一定密度情報算出手段202は、上記外測度と上記同時外測度に基づき、データ密度を一定としたときの一定密度同時外測度及びi固定の外測度全度数を求めると共に、上記内測度と上記同時内測度に基づき、データ密度を一定としたときの一定密度同時内測度及びi固定の内測度全度数を求めるものである。この処理を行う前に、外測度に関する全度数nと内測度に関する全度数n*を以下の式(18)、式(19)により求める。 Next, the CPU 101 operates as the constant density information calculation means 202. Based on the external measure and the simultaneous external measure, the constant density information calculation means 202 obtains the constant density simultaneous external measure and the i-fixed external measure total frequency when the data density is constant, and simultaneously obtains the inner measure and the simultaneous external measure. Based on the inner measure, the constant density simultaneous internal measure when the data density is constant and the i-fixed internal measure total frequency are obtained. Before performing this process, the total frequency n for the outer measure and the total frequency n * for the inner measure are obtained by the following equations (18) and (19).
外測度に関する全度数は、次の通りのデータ数nに等しい合計値である。
次に、CPU101は、データ密度を一定としたときの一定密度同時外測度d2[i][j]を式(20)により求め、データ密度を一定としたときの一定密度同時内測度d4[i][j]を式(21)により求める。更にi固定の外測度全度数t2[i]を次の式(22)により求めると共に、i固定の内測度全度数t4[i]を次の式(23)によりを求めるものである。 Next, the CPU 101 obtains a constant density simultaneous external measure d 2 [i] [j] when the data density is constant by the equation (20), and a constant density simultaneous internal measure d 4 when the data density is constant. [I] and [j] are obtained by the equation (21). Further, the i-fixed outer measure total frequency t 2 [i] is obtained by the following equation (22), and the i-fixed inner measure total frequency t 4 [i] is obtained by the following equation (23).
i=1,2,・・・,m,j=1,2,・・・,m×Mに対して、
次に、CPU101は、確率分布算出手段203として処理を行う。つまり、確率分布算出手段203は、外測度に関する外測度確率分布pout(i)とデータ密度を一定とした場合の外測度条件付確率分布p´out(j|i)を下記の式(24)、式(25)、式(26)により求めると共に、内測度に関する内測度確率分布pinn(i)とデータ密度を一定とした場合の内測度条件付確率分布p´inn(j|i)を下記の式(27)、式(28)、式(29)により求める。 Next, the CPU 101 performs processing as the probability distribution calculation means 203. That is, the probability distribution calculation means 203 uses the following equation (24) for the outer measure probability distribution p out (i) relating to the outer measure and the outer measure conditional probability distribution p'out (j | i) when the data density is constant. ), Equation (25), and Equation (26), the inner measure probability distribution pinn (i) for the inner measure and the inner measure conditional probability distribution p'inn (j | i) when the data density is constant. Is obtained by the following equations (27), (28), and (29).
更に、CPU101は、上記外測度・内測度評価値算出手段204として、外測度に関する上記外測度データ評価値を求める際には、これに先立って下記の式(30)と式(31)によって外測度データ評価中間値houtを求めると共に、内測度に関する上記内測度データ評価値を求める際には、これに先立って下記の式(32)と式(33)によって内測度データ評価中間値hinnを求める。 Further, when the CPU 101 uses the outer measure / inner measure evaluation value calculation means 204 to obtain the outer measure data evaluation value related to the outer measure, the CPU 101 is specified by the following equations (30) and (31) prior to this. When obtaining the above-mentioned internal measure data evaluation value related to the internal measure while obtaining the measure data evaluation intermediate value h out , prior to this, the following equations (32) and (33) are used to obtain the internal measure data evaluation intermediate value h inn . Ask for.
更に、CPU101は、上記外測度・内測度評価値算出手段204は、外測度データ評価中間値houtに基づき外測度データ評価値H* outを下記の式(34)により求め、内測度データ評価中間値hinnに基づき内測度データ評価値H* innを下記の式(35)により求める。 Further, the CPU 101 obtains the outer measure data evaluation value H * out based on the outer measure data evaluation intermediate value h out , and the outer measure / inner measure evaluation value calculation means 204 obtains the outer measure data evaluation value H * out by the following formula (34), and evaluates the inner measure data. The inner measure data evaluation value H * inn is obtained by the following equation (35) based on the intermediate value h inn .
CPU101は、時系列データ評価値算出手段205として機能する。時系列データ評価値算出手段205は、上記外測度データ評価値H* outと上記内測度データ評価値H* innに基づき上記時系列データ全体の評価値を算出する。 The CPU 101 functions as a time series data evaluation value calculation means 205. The time-series data evaluation value calculation means 205 calculates the evaluation value of the entire time-series data based on the outer measure data evaluation value H * out and the inner measure data evaluation value H * inn .
CPU101は、時系列データ評価値算出手段205として、上記外測度データ評価値と上記内測度データ評価値の平均を得る演算により、上記時系列データ全体の評価値を算出する。具体的には、次の式(36)に示すように相加平均を求めることにより、上記時系列データ全体の評価値H*を算出する。
上記時系列データ全体の評価値H*は、リアプノフ指数と極めて精度よく一致したグラフを得ることができ、リアプノフ指数の推定値とすることができる。図1~図3には、ロジスティック写像(a:3.5~4.0)のカオス尺度とリアプノフ指数の値の変化と共に、本実施形態の時系列データ全体の評価値H*の変動を示している。これらの図1~図3によれば、上記時系列データ全体の評価値H*は、リアプノフ指数と極めて精度よく一致したものであることが判る。 The evaluation value H * of the entire time-series data can be a graph that matches the Lyapunov exponent with extremely high accuracy, and can be used as an estimated value of the Lyapunov exponent. 1 to 3 show changes in the chaos scale of the logistic map (a: 3.5 to 4.0) and the values of the Lyapunov exponent, as well as changes in the evaluation value H * of the entire time series data of the present embodiment. ing. According to FIGS. 1 to 3, it can be seen that the evaluation value H * of the entire time series data is in agreement with the Lyapunov exponent with extremely high accuracy.
図7~図9には、ロジスティック写像(a:3.5~4.0)の拡張カオス尺度とリアプノフ指数の値の変化と共に、本実施形態の時系列データ全体の評価値H*の変動を示している。図7は分割数m=80、細分割数M=80であり、図8は分割数m=160、細分割数M=160ものを示しており、図9は分割数m=320、細分割数M=320のものを示している。いずれも、データ長(n+1)のnが10000000である。これらの図7~図9によれば、上記時系列データ全体の評価値H*は、拡張カオス尺度と比較しても、リアプノフ指数と極めて精度よく一致したものであることが判る。 7 to 9 show changes in the values of the extended chaos scale and the Lyapunov exponent of the logistic map (a: 3.5 to 4.0), as well as changes in the evaluation value H * of the entire time series data of the present embodiment. Shows. FIG. 7 shows the number of divisions m = 80 and the number of subdivisions M = 80, FIG. 8 shows the number of divisions m = 160 and the number of subdivisions M = 160, and FIG. 9 shows the number of divisions m = 320 and subdivisions. The number M = 320 is shown. In each case, n of the data length (n + 1) is 10000000. According to these FIGS. 7 to 9, it can be seen that the evaluation value H * of the entire time series data is in agreement with the Lyapunov exponent with extremely high accuracy even when compared with the extended chaos scale.
なお、上記時系列データ全体の評価値H*を算出する場合に、上記外測度データ評価値H* outと上記内測度データ評価値H* innとの相加平均を求めることを示したが、これに限定されない。例えば、上記内測度データ評価値H* innとの相乗平均を求める手法を採用することができ、また、pを適当な重みとした、重み付き平均「(1-p)H* out+pH* inn」等であっても良い。更に、相加平均を一般化した一般化平均「[(H* out^m+H* inn^m)/2]^(1/m)」であっても良い。一般的平均の特殊なものとして、mを1とすることで「相加平均」となり、また一般化平均においてmを-1とすることで、「調和平均」とすることもできる。 In addition, when calculating the evaluation value H * of the entire time series data, it was shown that the arithmetic mean of the outer measure data evaluation value H * out and the inner measure data evaluation value H * inn is obtained. Not limited to this. For example, a method of obtaining a geometric mean with the above-mentioned internal measure data evaluation value H * inn can be adopted, and a weighted average “(1-p) H * out + pH * inn ” with p as an appropriate weight can be adopted. , Etc. may be used. Further, it may be a generalized average "[(H * out ^ m + H * inn ^ m) / 2] ^ (1 / m)" which is a generalization of the arithmetic mean. As a special case of the general average, setting m to 1 results in an "arithmetic mean", and setting m to -1 in the generalized average makes it a "harmonic mean".
100 時系列データ評価装置
102 主メモリ
103 バス
104 外部記憶装置
105 時系列データ供給部
106 結果出力部
201 外測度・内測度算出手段
202 一定密度情報算出手段
203 確率分布算出手段
204 外測度・内測度評価値算出手段
205 時系列データ評価値算出手段
100 Time series
Claims (14)
前記外測度と前記同時外測度に基づき、データ密度を一定としたときの一定密度同時外測度及びi固定の外測度全度数を求めると共に、前記内測度と前記同時内測度に基づき、データ密度を一定としたときの一定密度同時内測度及びi固定の内測度全度数を求める一定密度情報算出手段と、
前記一定密度同時外測度及び前記i固定の外測度全度数に基づき、外測度に関する外測度確率分布とデータ密度を一定とした場合の外測度条件付確率分布を求めると共に、前記一定密度同時内測度及び前記i固定の内測度全度数に基づき、内測度に関する内測度確率分布とデータ密度を一定とした場合の内測度条件付確率分布を求める確率分布算出手段と、
前記外測度確率分布と前記外測度条件付確率分布に基づき外測度に関する外測度データ評価値を求めると共に、前記内測度確率分布と前記内測度条件付確率分布に基づき内測度に関する内測度データ評価値を求める外測度・内測度評価値算出手段と、
前記外測度データ評価値と前記内測度データ評価値に基づき前記時系列データ全体の評価値を算出する時系列データ評価値算出手段と
を具備することを特徴とする時系列データ評価装置。 Time-series data {ξ 0 , ξ 2 , ξ 3 , ..., ξ n } with a data length of n + 1 with n as a positive integer is ξ k = τ (ξ k-1 ) = τ k by the map τ. When generated as (ξ 0 ), k = 1, 2, ..., N, the division section X i (i = 1, 2, ...・ ・ For m), an external measure / inner measure calculation means for obtaining an external measure and a simultaneous external measure as well as an internal measure and a simultaneous internal measure for data having a subdivided section X j obtained by further dividing each divided section into M equal parts. When,
Based on the external measure and the simultaneous external measure, the constant density simultaneous external measure when the data density is constant and the i-fixed external measure total frequency are obtained, and the data density is calculated based on the internal measure and the simultaneous internal measure. A constant density information calculation means for obtaining a constant density simultaneous internal measure and i-fixed internal measure total frequency when the value is constant.
Based on the constant density simultaneous external measure and the i-fixed external measure total frequency, the external measure probability distribution related to the external measure and the external measure conditional probability distribution when the data density is constant are obtained, and the constant density simultaneous internal measure is obtained. And the probability distribution calculation means for obtaining the internal measure conditional probability distribution when the internal measure probability distribution and the data density are constant for the internal measure based on the i-fixed internal measure total frequency.
The external measure data evaluation value related to the external measure is obtained based on the external measure probability distribution and the external measure conditional probability distribution, and the internal measure data evaluation value related to the internal measure based on the internal measure probability distribution and the internal measure conditional probability distribution. External measure / inner measure evaluation value calculation means to obtain
A time-series data evaluation device comprising: a time-series data evaluation value calculation means for calculating an evaluation value of the entire time-series data based on the outer measure data evaluation value and the inner measure data evaluation value.
前記一定密度情報算出手段は、外測度全度数nを下記の式(01)により求め、内測度全度数n*を下記の式(02)により求めることを特徴とする請求項1に記載の時系列データ評価装置。
The time according to claim 1, wherein the constant density information calculation means obtains the outer measure total frequency n by the following formula (01) and the inner measure total frequency n * by the following formula (02). Series data evaluation device.
i=1,2,・・・,m,j=1,2,・・・,m×Mに対して、
For i = 1, 2, ..., m, j = 1, 2, ..., m × M
nを正の整数として、データ長がn+1の時系列データ{ξ0,ξ2,ξ3,・・・,ξn}が、写像τによりξk=τ(ξk-1)=τk(ξ0),k=1,2,・・・,nとして生成されるとき、ξkが含まれる区間Iをm個の区間に等分割した分割区間Xi(i=1,2,・・・,m)について、各分割区間を更にM等分した細分割区間Xjを有するデータに関し、外測度と同時外測度を求めると共に内測度と同時内測度を求める外測度・内測度算出手段、
前記外測度と前記同時外測度に基づき、データ密度を一定としたときの一定密度同時外測度及びi固定の外測度全度数を求めると共に、前記内測度と前記同時内測度に基づき、データ密度を一定としたときの一定密度同時内測度及びi固定の内測度全度数を求める一定密度情報算出手段、
前記一定密度同時外測度及び前記i固定の外測度全度数に基づき、外測度に関する外測度確率分布とデータ密度を一定とした場合の外測度条件付確率分布を求めると共に、前記一定密度同時内測度及び前記i固定の内測度全度数に基づき、内測度に関する内測度確率分布とデータ密度を一定とした場合の内測度条件付確率分布を求める確率分布算出手段、
前記外測度確率分布と前記外測度条件付確率分布に基づき外測度に関する外測度データ評価値を求めると共に、前記内測度確率分布と前記内測度条件付確率分布に基づき内測度に関する内測度データ評価値を求める外測度・内測度評価値算出手段、
前記外測度データ評価値と前記内測度データ評価値に基づき前記時系列データ全体の評価値を算出する時系列データ評価値算出手段
として機能させることを特徴とする時系列データ評価用プログラム。 Computer,
Time-series data {ξ 0 , ξ 2 , ξ 3 , ..., ξ n } with a data length of n + 1 with n as a positive integer is ξ k = τ (ξ k-1 ) = τ k by the map τ. When generated as (ξ 0 ), k = 1, 2, ..., N, the division section X i (i = 1, 2, ...・ ・ For m), an external measure / inner measure calculation means for obtaining an external measure and a simultaneous external measure as well as an internal measure and a simultaneous internal measure for data having a subdivided section X j obtained by further dividing each divided section into M equal parts. ,
Based on the external measure and the simultaneous external measure, the constant density simultaneous external measure when the data density is constant and the i-fixed external measure total frequency are obtained, and the data density is calculated based on the internal measure and the simultaneous internal measure. Constant density information calculation means for obtaining constant density simultaneous internal measure and i fixed internal measure total frequency when constant
Based on the constant density simultaneous external measure and the i-fixed external measure total frequency, the external measure probability distribution related to the external measure and the external measure conditional probability distribution when the data density is constant are obtained, and the constant density simultaneous internal measure is obtained. And a probability distribution calculation means for obtaining an internal measure conditional probability distribution when the internal measure probability distribution and the data density are constant for the internal measure based on the i-fixed internal measure total frequency.
The external measure data evaluation value related to the external measure is obtained based on the external measure probability distribution and the external measure conditional probability distribution, and the internal measure data evaluation value related to the internal measure based on the internal measure probability distribution and the internal measure conditional probability distribution. External measure / inner measure evaluation value calculation means,
A time-series data evaluation program characterized by functioning as a time-series data evaluation value calculation means for calculating an evaluation value of the entire time-series data based on the outer measure data evaluation value and the inner measure data evaluation value.
前記コンピュータを、前記一定密度情報算出手段として、外測度全度数nを下記の式(01)により求め、内測度全度数n*を下記の式(02)により求めるように機能させることを特徴とする請求項8に記載の時系列データ評価用プログラム。
The computer is characterized in that, as the constant density information calculation means, the outer measure total frequency n is obtained by the following formula (01), and the inner measure total frequency n * is obtained by the following formula (02). The time-series data evaluation program according to claim 8.
i=1,2,・・・,m,j=1,2,・・・,m×Mに対して、
For i = 1, 2, ..., m, j = 1, 2, ..., m × M
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