基于分段极值DTW距离的时间序列相似性度量

在时间序列相似性的研究中,通常采用的欧氏距离及其变形无法对在时间轴上发生伸缩或弯曲的序列进行相似性度量,本文提出了一种基于分段极值DTW距离的时间序列相似性度量方法可以解决这一问题。在动态时间弯曲(DTW)距离的基础上,本文定义了序列的分段极值DTW距离,并阐述了其完整的算法实现。与传统的DTW距离相比,分段极值DTW距离在保证度量准确性的同时大大提高了相似性计算的效率。文中最后运用MATLAB作对比实验,并给出实验结果数据,验证了该度量方法的有效性与准确性。     

基于滑动平均与分段线性回归的时间序列相似性

针对时间序列相似性度量中欧氏距离对异常数据敏感以及DTW距离算法效率低的问题,提出基于滑动平均与分段线性回归的时间序列相似性方法。首先,使用初始可变滑动平均算法以及分段线性回归对原始时间序列进行数据变换,并将分段线性回归的参数(截距与距离)集作为时间序列的特征,以实现时间序列的特征提取和数据降维;然后,利用动态时间弯曲距离进行距离计算。该方法在时间序列相似性上与DTW算法的性能相近,但是在算法效率上几乎提高了96%。实验结果验证了该方法的有效性与准确性。     

基于分段线性动态时间弯曲的时间序列聚类算法研究

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。欧几里德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，但是这种距离测度时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，但是其计算复杂性相当高。本文提出了基于时间序列分段线性表示的动态时间弯曲算法，通过计算线性分段序列数据之间的最短弯曲路径来获得序列的匹配。对综合控制时间序列数据进行基于不同距离测度的聚类分析对比结果表明本文提出的算法有很高的精度和时振幅差异、嘈声和线性漂移有强的鲁棒性，大大降低计算复杂性，具有良好的应用价值。     

基于特征点转换的时间序列符号化方法

将时序数据有效地映射到特征空间是时间序列相似性搜索的一个关键问题。文章结合时间序列符号化思想与分段线性表示中分段点选取的思想,提出一种基于特征点转换的时间序列符号化方法FPTS。该方法能有效提取序列的形状特征,在降维和除噪的同时保留序列的极值点特性,支持基于动态时间弯曲距离的相似性度量,克服传统的符号化方法受限于精确匹配的缺陷。实验证明了该方法的准确性和高效性。     

基于多维分段和动态权重DTW的多元时间序列相似性度量方法

针对常用方法无法准确度量多元时间序列相似程度的问题,提出一种基于多维分段和动态权重动态时间弯曲距离的多元时间序列相似性度量方法.首先对多元时间序列进行多维分段拟合,选取拟合段的斜率、均值和时间跨度作为每一段的特征,在对多元时间序列降维的同时也保留了变量之间的相关性;然后提出一种动态权重动态时间弯曲距离度量方法计算多元时间序列特征矩阵之间的距离,避免了直接使用动态时间弯曲距离造成的畸形匹配问题.最终实验结果也验证了该方法在多种类型的数据集上都能取得较高的度量精度,表明了该方法的有效性.     

基于特征点界标过滤的时间序列模式匹配方法

动态时间弯曲距离能度量不等长的时间序列、且具有较高的匹配精度,因此广泛应用在时间序列模式匹配中。但其计算复杂度较高,制约了在大规模数据集上的应用。为了实现时间序列模式度量结果和计算复杂度的平衡,提出一种基于特征点界标过滤的时间序列模式匹配方法。首先,提出一种特征点界标过滤的特征提取方法,保留时间序列主要特征,压缩时间维度;然后,利用动态时间弯曲距离对特征序列进行相似性度量;最后,在应用数据集上对所提方法进行有效性验证。实验结果表明,所提方法在保证高精度的前提下,能有效降低计算复杂度。     

高效的时间序列下界技术

针对时间序列数据,提出一种新的基于动态时间弯曲的下界技术,该技术首先基于分段聚集近似的线性表示对原始序列进行降维,同时生成查询序列的网格最小边界矩形近似表示,然后利用基于动态时间弯曲距离对两者下界距离度量。实验结果表明,该下界技术与以往相关技术相比,能够产生更大的下界距离,具有更强的紧凑度、裁剪搜索空间能力以及更短的运行时间,有利于时间序列数据挖掘。     

基于增量动态时间弯曲的时间序列相似性度量方法

针对动态时间弯曲方法计算时间过长的问题,提出增量动态时间弯曲来度量较长时间序列之间的相似性。首先利用动态时间弯曲方法对历史时间序列数据进行相似性度量,得到相应的历史最优弯曲路径和路径中各元素的累积距离代价。其次,通过逆向弯曲度量方法完成当前序列数据 的相似性度量,结合历史数据信息找到与历史弯曲路径相交且度量时间序列距离为当前最小值的新路径,进而实现增量动态时间弯曲的相似性度量。该方法不仅具有良好的度量质量,还具有较高的时间效率。数值实验表明,对于大部分时间序列数据集,新方法的分类准确率和计算性能要优于经典动态时间弯曲。     

时间序列周期模式挖掘的周期检测方法

周期是时间序列的重要特征之一,用于精确描述时间序列并预测其发展趋势。在现有周期模式挖掘算法中,周期长度由用户事先定义,忽略了噪声的存在。在ERP度量和时间弯曲算法的基础上,提出一种新的周期长度检测方法。该方法可以在时间轴上实现弯曲,包括延伸和平移。它受噪声干扰的影响较小,实验结果表明其性能优于原有周期检测算法。     

时序数据库中快速相似搜索的算法研究

针对时间序列,本文提出了一种新的数据表示方法.该方法通过将时间序列分成若干段,并从每个分段中提取一个特征向量,从而用一个特征向量集作为该时间序列的逻辑表示.在此基础上,采用时间弯曲距离作为相似模型,提出了一种改进的KMP算法作为检索方法.此算法能够快速挖掘出时序数据库中与给定查询序列相似的所有(子)序列.该算法具有较高的效率.     

多维时序数据中的相似子序列搜索研究

由于动态时间弯曲距离较之欧氏距离有更好鲁棒性,因此被广泛用作时序数据相似子序列搜索研究领域中的相似性度量.在单一维度上的相似子序列搜索可能不能获得足够的匹配结果作为继续深入分析的依据,因此通过引入在多维数据分析中常用的数据立方体模型将相似子序列搜索问题扩展到了多维场景之下,从而在多个维度上得到搜索结果以获取更多有价值的知识.在此基础上利用数据立方体相邻层次单元间的相关性对基本的搜索算法进行了改进,在保证准确性的基础上提高了搜索效率.在真实网络安全数据集上的实验验证了所提方法的有效性.     

一种新的DTW最佳弯曲窗口学习方法

时间序列相似性查询中,DTW(Dynamic Time Warping)距离是支持时间弯曲的经典度量,约束弯曲窗口的DTW是DTW最常见的实用形式。分析了传统DTW最佳弯曲窗口学习方法存在的问题,并在此基础上引入时间距离的概念,提出了新的DTW最佳弯曲窗口学习方法。由于时间距离是DTW计算的附属产物,因此该方法可以在几乎不增加运算量的情况下提高DTW的分类精度。实验证明,采用了新的学习方法后,具有最佳弯曲窗口的DTW分类精度得到明显改善,分类精度优于ERP(Edit Distance with Real Penalty)和LCSS(Longest Common SubSequence),接近TWED(Time Warp Edit Distance)的水平。     

Weighted dynamic time warping for time series classification

Dynamic time warping (DTW), which finds the minimum path by providing non-linear alignments between two time series, has been widely used as a distance measure for time series classification and clustering. However, DTW does not account for the relative importance regarding the phase difference between a reference point and a testing point. This may lead to misclassification especially in applications where the shape similarity between two sequences is a major consideration for an accurate recognition. Therefore, we propose a novel distance measure, called a weighted DTW (WDTW), which is a penalty-based DTW. Our approach penalizes points with higher phase difference between a reference point and a testing point in order to prevent minimum distance distortion caused by outliers. The rationale underlying the proposed distance measure is demonstrated with some illustrative examples. A new weight function, called the modified logistic weight function (MLWF), is also proposed to systematically assign weights as a function of the phase difference between a reference point and a testing point. By applying different weights to adjacent points, the proposed algorithm can enhance the detection of similarity between two time series. We show that some popular distance measures such as DTW and Euclidean distance are special cases of our proposed WDTW measure. We extend the proposed idea to other variants of DTW such as derivative dynamic time warping (DDTW) and propose the weighted version of DDTW. We have compared the performances of our proposed procedures with other popular approaches using public data sets available through the UCR Time Series Data Mining Archive for both time series classification and clustering problems. The experimental results indicate that the proposed approaches can achieve improved accuracy for time series classification and clustering problems.     

基于波动特征的时间序列数据挖掘

针对相似度搜索是时间序列数据挖掘的基础,构造鲁棒的动态时间弯曲距离是相似性研究的关键,考虑时间序列特征点的重要意义,引入一种时间序列波动点的抽取方法,采用二叉特征树结构对原序列进行再表达.该方法既提取了序列整体趋势信息,又有效约减了数据维数.对多个数据集的层次聚类实验表明,在保证较高准确率情况下,该方法显著提高了DTW的计算效率.     

Exact indexing of dynamic time warping

The problem of indexing time series has attracted much interest. Most algorithms used to index time series utilize the Euclidean distance or some variation thereof. However, it has been forcefully shown that the Euclidean distance is a very brittle distance measure. Dynamic time warping (DTW) is a much more robust distance measure for time series, allowing similar shapes to match even if they are out of phase in the time axis. Because of this flexibility, DTW is widely used in science, medicine, industry and finance. Unfortunately, however, DTW does not obey the triangular inequality and thus has resisted attempts at exact indexing. Instead, many researchers have introduced approximate indexing techniques or abandoned the idea of indexing and concentrated on speeding up sequential searches. In this work, we introduce a novel technique for the exact indexing of DTW. We prove that our method guarantees no false dismissals and we demonstrate its vast superiority over all competing approaches in the largest and most comprehensive set of time series indexing experiments ever undertaken.     

基于DTW距离的伪周期数据流异常检测

伪周期数据流是一类常见的数据流,广泛出现于各种监测应用中.在这类数据流中出现的异常可能蕴涵了感兴趣的领域知识,因此有必要检测异常的发生以作为进一步深入分析的基础.DTW距离较之欧氏距离具有更好的鲁棒性,采用DTW距离作为伪周期数据流不同波段间相似性的度量可以有效检测出有较少历史相似波段的异常波段,继而在此基础上提出了一种基于聚类索引的快速近似异常波段检测方法用以加速检测过程,在真实数据集上的实验表明了所提方法的有效性.     

辅助信息自动生成的时间序列距离度量学习

对于时间序列聚类任务而言,一个有效的距离度量至关重要.为了提高时间序列聚类的性能,考虑借助度量学习方法,从数据中学习一种适用于时序聚类的距离度量.然而,现有的度量学习未注意到时序的特性,且时间序列数据存在成对约束等辅助信息不易获取的问题.提出一种辅助信息自动生成的时间序列距离度量学习(distancemetric learning based on side information autogeneration for time series,简称SIADML)方法.该方法利用动态时间弯曲(dynamic time warping,简称DTW)距离在捕捉时序特性上的优势,自动生成成对约束信息,使习得的度量尽可能地保持时序之间固有的近邻关系.在一系列时间序列标准数据集上的实验结果表明,采用该方法得到的度量能够有效改善时间序列聚类的性能.     

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。