金融数据时间序列相似性度量的应用研究

从应用角度对时间序列数据挖掘中的关键技术-相似性度量-进行了研究。实现了对时间序列的分段线性表示,并将其用于当前主要的几种时间序列距离度量算法。通过将各距离度量算法用于股票收盘数据分析实验,得出实验数据。通过对实验结果的分析并结合各算法的原理,对各方法的适用情况和执行效率进行了分析及比较。通过分析可知,每种算法有自己的特点及适用情况。对于实际应用,应根据实际需求选择合适的距离度量算法。     

不规则时间序列距离的度量

针对时间序列距离度量的算法很多,但没有适用于不规则时序距离度量算法的现状,基于寻求全局序列点构成的边集之间的距离路径最小的思想,提出一种不规则时序距离度量的算法,并给出了事件序列生成算法和不规则时序距离度量算法的实现,最后利用UCI KDD的时间序列测试数据对算法进行了测试。测试结果证明了该不规则时序距离算法能够有效度量不规则时序的相似性。     

面向相似性查询的时间序列距离度量方法述评

从一元时间序列和多元时间序列两个方面对当前提出的主要时间序列距离度量方法进行了述评.深入分析了各种算法的原理和特点,比较了算法对时间序列形变的支持情况以及时间复杂度.从客观上讲,各种算法之间并不具有绝对的优劣关系,每种算法的原理和特点各异,适用的问题领域也不一样.对于工程应用中选择时间序列距离度量方法具有指导意义,同时对于设计新的距离度量方法也具有参考价值.     

符号序列的概率向量聚类方法*

针对符号序列聚类中表示模型及序列间距离度量定义的困难问题,提出一种基于概率向量的表示模型及基于该模型的符号序列聚类算法。该模型引入符号序列的概率分布表示法,定义了一种基于概率分布差异的符号序列距离度量及该模型的目标函数,最后给出了一种符号序列K-均值型聚类算法,并在来自不同领域的实际应用序列集上进行了实验验证。实验结果表明,与基于子序列表示模型的符号序列聚类算法相比,所提方法在DNA序列和语音序列等具有较多符号的实际数据上,有效提高聚类精度的同时降低聚类时间50%以上。     

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...     

基于异时间窗划分的时间序列聚类

针对相同时间窗对时间序列进行子序列划分的缺点,提出一种异时间窗的子序列划分方法。为解决划分得到的子序列长度不同,而使用动态时间弯曲算法进行子序列相似性度量的计算速度慢的问题,给出一种不规则时间序列距离度量算法。对异时间窗的子序列划分方法和不规则时间序列距离度量算法进行了实验,结果证明了二者的优越性。     

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%。     

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。     

基于符号化聚合近似的时间序列相似性复合度量方法

基于关键点的符号化聚合近似(SAX)改进算法(KP_SAX)在SAX的基础上利用关键点对时间序列进行点距离度量,能更有效地计算时间序列的相似性,但对时间序列的模式信息体现不足,仍不能合理地度量时间序列的相似性。针对SAX与KP_SAX存在的缺陷,提出了一种基于SAX的时间序列相似性复合度量方法。综合了点距离和模式距离两种度量,先利用关键点将分段累积近似(PAA)法平均分段进一步细分成各个子分段;再用一个包含此两种距离信息的三元组表示每个子分段;最后利用定义的复合距离度量公式计算时间序列间的相似性,计算结果能更有效地反映时间序列间的差异。实验结果显示,改进方法的时间效率比KP_SAX算法仅降低了0.96%,而在时间序列区分度性能上优于KP_SAX算法和SAX算法。     

Symbolic hierarchical analysis in currency markets: An application to contagion in currency crises

In this paper we introduce a new method to describe dynamical patterns of the real exchange rate co-movements time series and to analyze contagion in currency crisis. The method combines the tools of symbolic time series analysis with the nearest neighbor single linkage clustering algorithm. Data symbolization allows us obtaining a metric distance between two different time series that is used to construct an ultrametric distance. By analyzing the data of various countries, we derive a hierarchical organization, constructing minimal-spanning and hierarchical trees. From these trees we detect different clusters of countries according to their proximity. We show that this methodology permits us to construct a structural and dynamic topology that is useful to study interdependence and contagion effects among financial time series.     

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)]。     

WSNs中带有置信度和误差限的序列匹配算法

在分析WSNs数据特点的基础上,提出WSNs中基于置信度和误差限的序列匹配算法.定义数据序列的距离和基于置信度和误差限的匹配,并利用距离计算不同匹配度的节点.采用自底向上的线性拟合对数据进行处理解决数据的不对齐性,丢失性等对序列匹配带来的问题.使用真实传感器网络数据对算法进行测试,分析试验结果证实采用基于置信度和误差限的序列匹配算法的WSNs比普通WSNs更加节约能耗.     

一种时间序列相似匹配新算法

为提高时间序列相似匹配的精度和效率，提出一种基于小波包变换的时间序列相似匹配算法．首先利用小波包可对信号进行精细分析的特点，对时间序列进行维数约简，用变换后的低频系数和部分高频均值系数作为特征向量表示原始序列；然后用多维索引结构R树存储这些特征向量，将欧几里德距离作为相似尺度，在此基础上实现了范围查询和k近邻查询，对电力负荷时间序列数据的仿真实验结果表明了算法的有效性。     

一种基于始末距离的时间序列符号聚合近似表示方法

时间序列数据的特征表示方法是时间序列数据挖掘任务的关键技术,符号聚合近似表示(SAX)是特征表示方法中比较常用的一种。针对SAX算法在各序列段表示符号一致时无法区分时间序列间的相似性这一缺陷,提出了一种基于始末距离的时间序列符号聚合近似表示方法(SAX_SM)。由于时间序列有很强的形态趋势,因此文中提出的方法选用起点和终点来表示各个序列段的形态特征,并使用各序列段的形态特征和表示符号来近似表示时间序列数据,以将其从高维空间映射到低维空间;然后,针对起点和终点构建始末距离来计算两序列段间的形态距离;最后, 结合 始末距离和符号距离定义一种新的距离度量方式,以更客观地度量时间序列间的相似性。理论分析表明,该距离度量满足下界定理。在20组UCR时间序列数据集上的实验表明,所提SAX_SM方法在13个数据集中获得了最高的分类准确率(包含并列最大的),而SAX只在6个数据集中获得了最高的分类准确率(包含并列最大的),因此SAX_SM具有比SAX更优的分类效果。     

时间序列重要点分割的异常子序列检测

时间序列具有数据量大的特点,直接对其检测复杂度高。因此提出了一种基于时间序列重要点的异常子序列检测算法。子序列的异常检测弥补了点异常检测的局限性。该算法首先获得了一系列平滑后的重要点,然后根据其进行子序列划分,并提取每个子序列的4个特征值:长度、高度、均值和标准差,将其运用到欧氏距离中,最后通过KNN算法来检测异常子序列。实验证明了该算法的有效性和可行性。     

基于Hadoop的不确定异常时间序列检测

无线传感器网络中,传感器的采集与无线网络的传输等均可能带来时间序列的不确定性,而大数据时代的到来使得传统不确定异常时间序列检测研究面临时间效率低下的问题,为此提出基于Hadoop的不确定异常时间序列检测算法。首先对不确定时间序列进行压缩变换,使不确定数据量大大减少,然后利用MapReduce架构调用基于期望距离的不确定时间序列下的DTW算法,实现算法的并行化处理,降低算法时间复杂度。同时针对Hadoop集群任务级调度分配方法在运行中负载分配不均现象,提出Hadoop集群优化方法,明显缩减集群总任务时间,使得节点资源的利用更为合理。Hadoop平台下实验结果验证显示,该方法既提高了检测速度,又保证了检测准确率。     

Finding relevant sequences in time series containing crisp, interval, and fuzzy interval data

Finding similar sequences in time series has received much attention and is a widely studied topic. Most existing approaches in the time series area focus on the efficiency of algorithms but seldom provide a means to handle imprecise data. In this paper, a more general approach is proposed to measure the distance of time sequences containing crisp values, intervals, and fuzzy intervals as well. The concept of distance measurement and its associated dynamic-programming-based algorithms are described. In addition to finding the sequences with similar evolving trends, a means of finding the sequences with opposite evolving tendencies is also proposed, which is usually omitted in current related research but could be of great interest to many users.