DTW距离的过滤搜索方法

动态时间弯曲(DTW)距离支持时间序列的多种形变,具有较高的匹配精度,是一种重要的相似性度量方法.然而,该方法计算复杂度较高,制约了其在相似性搜索中的应用.为了平衡匹配精度与计算效率之间的矛盾,提出一种过滤搜索方法.首先,构造一种计算代价较低的DTW下界距离,用其进行粗略过滤,得到候选集;然后,利用提前终止策略,优化计算候选集中序列的DTW距离,得到搜索结果;最后,对所提出方法进行实验验证,结果表明,该方法能够提高DTW距离的相似性搜索效率,且具有非漏报性.     

基于DLT-Kmedoids算法的用电负荷聚类分析

针对高校用电负荷中传统聚类算法直接应用于时间序列聚类效果准确性较低的问题,提出一种融合DTW距离、LB＿Keogh距离以及时间窗口的DLT-Kmedoids算法,以提高聚类算法应用于时间序列的准确性以及算法效率。DLT-Kmedoids算法使用DTW计算时序数据之间的距离取代传统的欧氏距离度量方式,提高了相似性度量算法精度,同时也提高了聚类算法的准确性和复杂度,引入LB＿Keogh距离在计算DTW距离之前过滤掉大部分不可能是最优匹配序列的序列,对于剩下的序列再使用DTW逐个比较,进一步降低算法的复杂度。最后结合高校建筑用电负荷时间序列数据进行分析,通过与主流聚类算法进行比较,表明该算法对于高校用电负荷数据的聚类任务,能够更准确地识别相似的负荷模式,并以更高的效率进行聚类分析。     

基于分段特征及自适应加权的DTW相似性度量

利用动态时间弯曲（DTW）技术在原始多元时间序列进行相似性度量时时间复杂度较高,且DTW在追求最小弯曲距离的过程中可能会出现过渡拉伸和压缩的问题。提出一种基于分段特征及自适应加权的DTW多元时间序列相似性度量方法。对原始时间序列在各个变量维度上进行统一分段,选取分段后拟合线段的斜率、分段区间的最大值和最小值以及时间跨度作为每一段的特征,实现对原始序列的大幅降维,提高计算效率。在DTW计算最佳弯曲路径的过程中为每个点设置自适应代价权重,限制弯曲路径中点列的重复使用次数,改善时间序列因过度拉伸或压缩所导致的度量精度低的问题,以得到最优路径路线。实验结果表明,该方法能很好地度量多元时间序列之间的相似性,在多个数据集上都能取得较好的度量结果。     

一种支持DTW距离的多元时间序列索引结构

现有的索引结构难以有效地支持DTW距离度量下的多元时间序列相似性搜索.首先给出一种将不等长多元时间序列转换为等长一元时间序列的方法,并证明这种转换满足下界距离引理;以此为基础,提出一种多元时间序列的DTW下界距离,并对其性质进行分析;然后,针对给出的下界距离,提出一种支持DTW距离度量的多元时间序列索引结构,对多元时间序列数据库进行有效组织;再给出多元时间序列相似模式搜索算法及流程,并证明该搜索方法具有非漏报性;最后,通过实验对所提方法的有效性进行验证.     

基于DTW的时间序列相似度量方法的优化

现有的时间序列相似度量方法难以兼顾微观形状与宏观结构两方面的相似性,同时存在易受异常值、位移拉伸影响等问题。针对上述情况,提出具有更高精度与鲁棒性,更小时间复杂度的优化DTW与面积距离结合的算法。首先在DTW中引入分段聚合与相似度阈值,前者能降低数据维度,减少DTW的计算量,后者能够过滤数据中的异常值,提高算法的鲁棒性;其次提出面积距离度量,描述整体序列中的起伏变化,发现序列的整体相似性;从微观形状与宏观结构两方面表述时序序列,能够进一步提升算法精度。在UCR的30个不同数据集上进行的实验表明,该方法与现有相似度量方法相比,具有更高的精度与鲁棒性。     

基于提前终止的加速时间序列弯曲算法

动态时间弯曲(DTW)距离是时间序列相似搜索的一种重要距离度量,但其精确计算是一个性能瓶颈。针对此问题,提出一种名为EA_DTW的方法用于加速DTW距离的精确计算,该方法在计算累积距离矩阵中每个方格的距离时都判断其是否超过阈值,一旦超过则提前终止其余相关方格的距离计算;并对EA_DTW的过程进行了理论分析。实验对比表明,EA_DTW能够提高DTW的计算效率,在阈值与DTW距离相比较小时更加明显。     

基于分段降维和路径修正DTW的时序特征分类器设计

针对传统的动态时间弯曲（DTW）度量方法易出现过度弯曲现象且计算复杂度高、算法效率低等问题,提出一种基于路径修正的动态时间弯曲（UDTW）度量方法。首先通过分段降维方法——分段局部最大值平滑法（PLM）有效提取序列特征信息,减少UDTW的计算代价;其次,考虑了时间序列形态特征的相似性要求,给过度弯曲路径设置动态惩罚系数,以此修正路径的弯曲程度;最后,在改进度量距离基础上,采用1-近邻分类算法对时序数据进行分类,以提高时间序列相似性度量的准确率和效率。实验结果表明,在15个UCR数据集上,UDTW度量方法与传统DTW度量方法相比具有更高的分类准确率,UDTW在其中3个数据集上能实现100%分类正确;与导数DTW（DDTW）度量方法相比,UDTW分类准确率最多提高了71.8%,而PLM-UDTW在不影响分类准确率的前提下执行时间减小了99%。     

基于时间加权改进的LDTW算法

在时间序列相似性度量研究中,动态时间弯曲（dynamic time warping,DTW）是最为常用的算法之一,但其存在病态对齐问题且未考虑时间属性影响。限制对齐路径长度DTW（DTW under limited warping path length,LDTW）和时间加权DTW（time-weighed DTW,TDTW）分别尝试解决上述两个问题中的一个,但未能同时解决DTW两方面的不足。为此提出一种综合时间权重的LDTW（time-weighting LDTW,TLDTW）算法。首先通过测量两个时间序列中时间点对的距离构建时间权值矩阵;然后在LDTW累计成本矩阵递归填充过程中融合对应的时间权值,以实现在考虑时间因素影响的同时保留有效抑制病态对齐特性。基于UCR数据集进行1-NN分类实验,实验结果显示基于TLDTW相似度量的分类准确率优于其他对比算法,且进一步对比验证了其可靠性。     

风电机组齿轮箱的多变量时间序列故障预警

针对风电机组故障预警中，原始动态时间规整（DTW）算法无法有效度量风电机组多变量时间序列数据之间距离的问题，提出一种基于犹豫模糊集的动态时间规整（HFS-DTW）算法。该算法是原始DTW算法的一种扩展算法，可对单变量和多变量时间序列数据进行距离度量，且精度与速度较原始DTW算法更优。以子时间序列相似度距离为目标函数，使用帝国竞争算法（ICA）优化了HFS-DTW算法中的子序列长度和步距参数。算例研究表明与仅DTW算法和非参数最优的HFS-DTW算法相对比，参数最优的HFS-DTW可挖掘更多的多维特征点信息，输出的多维特征点相似序列具有更丰富细节；且基于所提算法可提前10天预警风电机组齿轮箱故障。     

基于小波和动态时间弯曲的主题查找算法 *

针对以前查找图形主题算法的精度和时间复杂度不能兼容的问题,提出了基于小波和动态时间弯曲 （DTW）的形状主题查询算法。本算法先利用小波变换进行数据降维并剪枝,以降低计算查找主题的复杂度;再 应用DTW的高精度计算的特点来查找图形主题,同时结合v-shift公式,忽略了在垂直方向的距离,这样查找图 形主题可以解决在现实世界中因形状大小不同而相似的问题。实验结果表明该方法具有较高的匹配精度和较 低的计算代价,可以找到图形相似的主题,并不会产生漏报,具有很强的实际意义。     

改进DTW下界函数的距离度量方法研究

动态时间弯曲算法（DTW）是一种常见的时间序列相似性度量方法,对数据挖掘任务起着至关重要的作用。针对现有DTW算法的时间复杂度高、度量精确度一般的特征,提出一种DTW下界函数的提前终止算法（LB＿ESDTW）。引入提前终止思想,提高算法的执行效率;再在提前终止算法思想的基础上,与DTW下界函数相结合,提出一种基于提前终止DTW的下界函数算法（LB＿ESDTW）。该算法在保证高效的运行时间效率的同时,也使得算法的度量准确率得到了提升。实验结果表明,LB＿ESDTW在绝大部分时间序列数据集中,都表现出良好的适应性,针对不同类别的时间序列,都能有良好的度量性能。     

基于Hadoop的异常传感数据时间序列检测

无线传感器网络中,异常时间序列的研究具有十分重要的意义。针对传统研究在海量数据环境中时间效率低下的问题,提出了基于Hadoop的异常时间序列检测算法。首先对时间序列进行预处理,然后在Hadoop的MapReduce操作中调用动态时间弯曲距离计算算法,实现了DTW距离计算的并行化,从而大大提高检测速度。同时针对传统DTW算法计算复杂度瓶颈问题以及传统约束方法准确率较低问题,提出了基于显著特征匹配的局部约束算法,对弯曲路径进行局部限制,在确保准确性的同时进一步降低了时间、空间复杂度。Hadoop平台下实验结果表明,该方法既提高了检测速度,又保证了检测准确率。     

Dynamic time warping constraint learning for large margin nearest neighbor classification

Nearest neighbor (NN) classifier with dynamic time warping (DTW) is considered to be an effective method for time series classification. The performance of NN-DTW is dependent on the DTW constraints because the NN classifier is sensitive to the used distance function. For time series classification, the global path constraint of DTW is learned for optimization of the alignment of time series by maximizing the nearest neighbor hypothesis margin. In addition, a reduction technique is combined with a search process to condense the prototypes. The approach is implemented and tested on UCR datasets. Experimental results show the effectiveness of the proposed method.     

基于Hadoop的水文时间序列相似性研究与应用

传统DTW算法复杂度高,特别当处理海量数据时,耗时长.为了从算法和实现手段两方面同时入手,提高DTW运算效率,提出基于Hadoop平台,以FastDTW方法实现的水文时间序列相似性查找方法.首先利用小波变换对数据去噪,接着对水文时间序列进行语义化,然后在Hadoop的MapReduce过程中调用FastDTW方法实现DTW距离的云计算,得出与查询序列最相似的匹配序列.通过实验与串行查找进行对比,验证该方法用时短,匹配效果好,能够满足实际应用需求.     

改进DTW算法的心电信号相似性度量

针对时间序列相似性度量中动态时间规整（DTW）算法在序列时间轴偏移较大时易产生病态路径及匹配不准确的问题,根据心电信号自身的特性,提出一种基于心电信号最显著特征的优先匹配法。为减小算法时间复杂度,根据心电信号R波特征点位置自适应地划分弯曲路径的约束窗口。与传统算法比较,在提高准确率的同时,运行时间大幅降低。     

基于LDTW的动态时间规整改进算法

限制对齐路径长度的动态时间规整（LDTW）算法存在时间复杂度高和计算量大的问题。基于LDTW算法提出固定对齐路径长度的动态时间规整（FDTW）算法。通过调整LDTW算法中对齐路径长度的控制策略,由控制在某个区间改为固定到某个具体值,相应缩减累计代价矩阵中元素的计算范围。在UCR时间序列数据集上的实验结果表明,FDTW与LDTW算法的分类准确率持平,但FDTW算法在分类过程中的时间开销更小,并且能有效降低累计代价矩阵元素的计算量,提高计算效率。     

基于动态时间弯曲的时序数据聚类算法的研究

时间序列是一类重要的复杂类型数据，时间序列知识发现正成为知识发现的研究热点之一。欧几里的距离及其扩展作为相似测度被广泛应用于时间序列的比较中，但是这种距离测度对数据没有好的鲁棒性。动态时间弯曲技术是基于非线性动态编程的一种模式匹配算法。该文提出了基于动态时间弯曲技术的相似搜索算法，通过计算时序数据之间的最短弯曲路径来获得序列的匹配。对综合控制时序数据进行基于不同距离测度的聚类分析对比结果表明该文提出的算法有很高的精度和对振幅差异、噪声和线性漂移有强的鲁棒性，具有良好的应用价值。