时间序列挖掘中一种新的相似性度量

针对时间序列的全序列聚类展开,提出一种新的相似性度量——全局特征,即从时间序列的统计分布特征、非线性和Fourier频谱转换等3个方面提取11个全局特征构建特征向量。利用特征向量来描述原时间序列,不仅保留了大部分原有的信息,还能加快聚类计算的速度。经过大量的实验验证表明,基于全局特征提取的相似性度量能得到合理的聚类结果,特别是对经济领域的时间序列效果更为明显。例举了2个数据进行实验,并从主观和客观两个角度对聚类结果进行评估。     

基于趋势的时间序列相似性度量和聚类研究

由于时间序列的长度很大,并且不确定时间序列在每个采样点的取值具有不确定性,导致时间序列在相似性匹配和聚类挖掘中时间复杂度很高,为了解决该问题,提出了基于趋势的时间序列相似性度量方法和聚类方法.其中基于趋势的相似性度量方法根据时间序列的整体变化趋势,将时间序列映射为短的趋势符号序列,并利用各趋势的一阶连接性指数和塔尼莫特系数完成相似性度量;基于趋势的聚类方法通过定义趋势高度,并对趋势符号序列迭代进行区间划分和趋势判断,并以此构建趋势树,最后将趋势树根节点中趋势符号相同的序列聚集为一类.实验结果表明:a)五种趋势符号的一阶连接性指数可唯一地表示一条时间序列;b)基于趋势的相似性度量方法在多项式时间内可有效完成时间序列的相似性匹配;c)基于趋势的聚类方法将序列的相似性度量和聚类过程集中在一起,聚类效果显著.     

基于新的鲁棒相似性度量的时间序列聚类

针对存在异常值的时间序列数据,提出了一种基于相关系数鲁棒估计的时间序列间的鲁棒广义互相关度量（RGCC）。首先,引入一种鲁棒相关系数代替Pearson相关系数来计算时间序列数据间的协方差矩阵;其次,用新的协方差矩阵的行列式构造两个时间序列间的相似性度量——RGCC;最后,基于该度量计算出序列间的距离矩阵,将其作为聚类算法的输入对数据进行聚类。时间序列聚类仿真实验表明,对存在异常值点的时间序列数据,与基于原始的广义互相关度量（GCC）得到的聚类结果相比,基于RGCC得到的聚类结果明显更接近真实的聚类结果。可见,所提出的新的鲁棒相似性度量完全适用于存在异常值的时间序列数据。     

一种新的非线性时间序列的聚类方法

由于现实世界中时间序列多数是非线性的,而现有的时间序列聚类问题大多是基于线性时间序列模型进行聚类的,提出了可以用于非线性时间序列的聚类方法。它基于KS二维检验统计量提出KS2D距离度量,是一种非参数的鲁棒性强的距离度量方式,它将时间序列的非线性相关结构放到距离度量之中,能够粗糙地识别时间序列形状和动态相关结构的相似性。与理论研究结果相一致,模拟实验结果也验证了这种距离度量的有效性。     

基于序列聚类的事件流数据特征分析

事件流是近年来兴起的一种对实时进入系统的海量数据进行分析查询的应用,而数据特征是评价系统所需要的负载模型的重要部分。以网络安全监控为背景,提出一种将事件流聚集成时间序列并进行相似性聚类来分析数据特征的方法。通过适当的粒度聚合,将事件流转化成时间序列,选取周期性的时间序列作为代表消除随机干扰,给出基于序列线性相似性的聚类算法。聚类试验表明,具有相似时间特征的事件流可以被有效地聚集到同一类中。     

时间序列的层次分段及相似性度量

时间序列的相似性度量是时间序列数据挖掘的研究基础,为数据挖掘任务的效率和准确度提供可靠的保障。提出一种时间序列的层次分段及相似性度量方法,方法首先识别时间序列中的极值点,依据极值点的特征对时间序列进行分层次分段,并以此为基础,通过定义新的距离公式来度量时间序列间的相似性。使用新提出的相似性度量方法对时间序列进行聚类计算,实验结果表明,该方法能够有效地度量时间序列间的相似性,聚类效果明显,具有较好的实用性和良好的应用前景。     

基于整体和局部相似性的序列聚类算法

现有的很多序列聚类算法是基于“局部特征可以表征整个序列”的假设来进行的,即不区分实际应用中序列的整体相似性和局部相似性.这对存在保守子模式的序列,如DNA和蛋白质序列是适用的,但对一些注重整体序列相似性的应用领域,如:在交易数据库中用户购买行为的比较,时间序列数据中全局模式的匹配等,由于难以产生频繁子模式,用基于全局相似性的度量方法进行聚类显得更为合理.此外,在基于局部相似性的序列聚类算法中,选取的局部子模式表征序列的能力也有待进一步提高.由此,针对不同应用领域,分别提出基于整体相似性的序列聚类算法GSClu和基于局部相似性的序列聚类算法LSClu.GSClu和LSClu分别利用带剪枝策略的二分k均值算法和基于有gap约束的强区分度子模式方法对各自领域的序列数据进行聚类.实验采用交易序列数据和蛋白质序列数据,实验结果表明,GSClu和LSClu对各自领域的序列数据具有较快的处理速度和良好的聚类质量.     

符号化近似SAX在时序数据挖掘中的应用研究

聚类是数据挖掘研究中最常见的一种方法,可以作为规则发现、异常发现等其它数据挖掘操作的基础,一直以来都是数据挖掘的研究热点之一。股票数据是一种典型的时间序列数据,利用股票数据进行时间序列数据挖掘的研究既有一定的实际应用价值,也是国内外的热点问题之一。文章首次将一种新型符号化方法SAX[1]应用到标准普尔500指数的股票数据的聚类研究中,使用传统的欧氏距离和动态时间弯曲两种时间序列相似性度量方法进行实验。实验结果表明将SAX应用到股票数据聚类操作,可以得到更好的趋势聚类效果和更高的效率。     

基于时间序列演变分析的有效相似性定义和聚类

时间序列广泛存在于商业应用中,比如电力负荷序列、网络日志等。挖掘时间序列数据对决策分析非常重要,特别地,决定时间序列的相似性在各种实际问题中起关键的作用,比如分析各个区域的电力需求特征。以前的相似性度量方法从未使用过演变这种特性去度量时间序列的相似性,基于演变分析提出了有效的时间序列相似性度量方法（SEA）,该方法通过量化演变趋势构建了有效的相似性定义,并且提出了基于该方法的聚类策略。通过在实际数据集上和其它方法的实验比较,证明了提出方法的有效性,因此也证明了时间序列演变分析对相似性度量的重要意义。     

基于哈达玛变换的多元时间序列聚类研究

对当前聚类算法进行研究的基础上,提出了有效地实现多元时间序列聚类的方法.用离散哈达玛变换对多元数据进行降维,求出多元变量相关系数矩阵的特征值作为权值.采用带权值的矩阵相似性度量方法,利用改进的K-means算法对多元时间序列进行聚类分析.实验结果表明,该方法能够有效地实现多元时间序列聚类,把具有相似趋势变化的多元时间序列对象划分到同一类中.