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。     

基于数学形态学的时间序列相似性度量研究

时间序列相似性度量在挖掘时间序列模式,提取时间序列关联关系上发挥着重要作用。分析了当前主流的时间序列相似性度量算法,分别指出了各度量算法在度量时序数据相似性时存在的缺陷,并提出了基于数学形态学的时间序列相似性度量算法。通过将归一化的时间序列二值图像化表示,再引入了图像处理领域中的膨胀、腐蚀操作对时序数据进行形态变换分析,提高相似时序数据部分的抗噪性,同时又不降低时序数据非相似部分间的差异度,实现时序数据相似性度量分类精度的提高。在八种时间序列测试数据集合上进行分类实验,实验结果表明提出的基于数学形态学的时间序列相似性度量算法在时间序列分类精度上得到有效改善,相比于DTW相似性度量算法,分类精度平均水平提升了8.74%,最高提升20%。     

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。     

基于涨落模式的时间序列相似性度量研究

时间序列形态相似性挖掘是目前时间序列数据挖掘研究的热点,然而由于时间序列数据背后真实系统的复杂性,加上观测条件的影响,时间序列会呈现多种相似性变形,如振幅伸缩、振幅漂移、线性漂移等。相似性变形并不会改变序列的形态特征,但现有的ED、DTW和L_p距离等相似性度量算法均不能有效支持识别各类相似性变形。本文首次提出涨落模式(FP)的概念,以涨落模式保存原序列的趋势变化信息,利用最长公共子序列算法计算涨落模式的相似度,消除振幅伸缩、振幅漂移和线性漂移等对相似性挖掘带来的影响,实现基于涨落模式的时间序列相似性度量。设置仿真数据集检验FP相似性度量的相似性变形支持性,同时在真实数据集上进行分类,依据分类准确性对算法鲁棒性进行评估,验证了本文提出的基于涨落模式的相似性度量算法在各类相似性形变上的有效支持性。     

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.     

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。     

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.     

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.     

基于形态距离及自适应权重的相似性度量

针对传统的动态时间弯曲算法的性能容易受到离群点以及局部噪声点的影响,同时对于复杂数据的处理能力较差。对此,文中提出基于形态距离及自适应权重的相似性度量算法。该算法首先利用 趋势滤波对原始待比较序列进行降维,压缩;其次引入形态距离计算两时间序列的距离矩阵,最后利用自适应赋权的距离函数抽取出各个子序列所含的信息量差异并结合动态时间弯曲完成最终时间序列相似度量。实验表明该算法有更强的鲁棒性,能够更好的利用序列的形态特征完成宏观的相似性度量,同时在处理复杂数据时更加精确,高效,稳定。     

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%。     

不同粒度时间序列相似性度量

现有的时间序列的相似性度量大多基于欧氏距离,并不适用于不同粒度时间序列的相似性匹配,无法直接对其相似性进行有效的度量,为此,提出一种基于对应差值比样本的相似性度量,用于不同粒度时间序列的相似性匹配.首先对不同时间粒度的时序数据进行阐述,并定义了对应差值比样本与相似度计算方法;接着提出基于它们的相似性匹配算法;最后实验证...     

基于孪生神经网络的时间序列相似性度量

在时间序列分类等数据挖掘工作中，不同数据集基于类别的相似性表现有明显不同，因此一个合理有效的相似性度量对数据挖掘非常关键。传统的欧氏距离、余弦距离和动态时间弯曲等方法仅针对数据自身进行相似度公式计算，忽略了不同数据集所包含的知识标注对于相似性度量的影响。为了解决这一问题，提出基于孪生神经网络（SNN）的时间序列相似性度量学习方法。该方法从样例标签的监督信息中学习数据之间的邻域关系，建立时间序列之间的高效距离度量。在UCR提供的时间序列数据集上进行的相似性度量和验证性分类实验的结果表明，与ED/DTW-1NN相比SNN在分类质量总体上有明显的提升。虽然基于动态时间弯曲（DTW）的1近邻（1NN）分类方法在部分数据上表现优于基于SNN的1NN分类方法，但在分类过程的相似度计算复杂度和速度上SNN优于DTW。可见所提方法能明显提高分类数据集相似性的度量效率，在高维、复杂的时间序列的数据分类上有不错的表现。     

基于自适应搜索窗口的序列相似比对算法

DTW（Dynamic Time Warping）算法被广泛应用于序列数据比对,以度量序列间距离,但算法较高的时间复杂度限制了其在长序列比对上的应用。提出基于自适应搜索窗口的序列相似比对算法（ADTW）,算法利用分段聚集平均（Piecewise Aggregate Approximation,PAA）策略进行序列抽样得到低精度序列,然后计算低精度序列下的比对路径,并根据低精度距离矩阵上的梯度变化预测路径偏差,限制路径搜索窗口的拓展范围;随后算法逐步提高序列精度,并在搜索窗口内修正路径、计算新的搜索窗口,最终,实现DTW距离和相似比对路径的快速求解。对比FastDTW,ADTW算法在同等度量准确率下提高计算效率约20%,其时间复杂度为[O(n)]。     

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。     

一种基于DTW的新型故事时间序列相似性度量方法

现有时间序列相似性度量方法在进行股市序列相似性分析时,通常忽略成交量等其他重要因素对股价的影响,从而导致序列聚类、分类不精确。针对这一问题,本文提出了新的股市时间序列相似性度量方法。该方法在动态时间弯曲算法的基础上,通过引进时间衰竭因子,并结合成交量因素,给出了股市序列的最终度量公式。为了证明提出方法的可行性和有效性,本文实验部分通过选取家电等三个行业中的股票数据进行测试。实验结果表明,基于动态时间弯曲(Dynamic time warping,DTW)的新型股市时间序列相似性度量方法能够在保持股票序列形态特征的基础上,较好地解决股市技术分析中量价关系问题,从而更有效地应用于股市技术分析里关于模式发现等领域。     

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。     

基于系数矩阵弧微分的时间序列相似度量

传统时间序列相似度量算法在时间序列发生平移、时间轴伸缩等情况下,需要时间对齐等人工干预,并且时间复杂度较高,不利于后续数据挖掘处理。为此,基于系数矩阵弧微分提出时间序列相似度量算法。引入回归分析中的最小二乘思想,通过构建系数矩阵获取时间序列形态属性向量基,实现序列曲线的连续化。在此基础上,应用连续函数的弧微分与曲率半径的关系进行时间序列的相似度量。实验结果表明,该算法具有较强的鲁棒性,不仅能实现微观意义上序列之间的相似度量(距离相近),而且能够完成宏观意义上的相似度量(形态相近)。     

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。     

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。