时间序列重构相空间中系统定性行为建模与仿真

提出了一种以重构相空间为基础,从实验时间序列研究未知系统动力学的新方法.定义了重构相空间中系统定性状态和定性行为的概念,根据系统动力学特性对模糊聚类方法进行改造,用于自动提取系统的定性状态.基于这些定性状态,给出了系统定性行为的两种表示方法:时序定性状态图和定性状态转移图.分别运用Lorenz系统产生的时间序列和癫痫脑电时间序列对提出的方法进行仿真实验,结果表明,该方法能有效提取系统的定性状态,每个定性状态中的向量之间具有高度的相似性.系统定性行为的两种表示方法均能准确地刻画系统行为中的非线性动力学特征.     

简单非线性多次降噪过程中的异常状态

为了降低电子制造企业的产品合格率时间序列中的噪声,采用了简单非线性降噪算法对时间序列进行多次局部降噪.在降噪过程中,在某一邻域半径的重构相空间中出现了大部分点变成了孤立点的异常状态.通过对异常状态与正常状态的对比研究,发现异常状态下的时间序列是不变的,而且该时间序列的最大Lyapunov指数为恒定值,其大小已经接近该降噪过程能够达到的最大Lyapunov指数.在重构相空间中的降噪过程中出现异常状态的意义在于:这种状态下的系统在重构相空间中已经进入一种基本有序的状态,重构相空间中的大部分点之间只存在时间相关性,所以出现异常状态后的时间序列正是降噪所要寻找的最佳混沌时间序列.     

改进非线性局部平均算法的混沌去噪研究

基于混沌序列重构相空间理论,提出一种改进的局部平均非线性去噪方法。该方法在邻域选择、数据更新等方面进行了改进,更好地校正相空间中点的位置,使其逼近真实的混沌吸引子轨迹,重构吸引子结构,而且计算更为简单可靠。分别对Henon映射产生的混沌序列和实际观测的月太阳黑子混沌序列进行仿真研究。结果证明此方法能够高效地去除噪声,同时保留原非线性系统的混沌特性,并且很好地区分相空间中的邻近轨迹。     

重构相空间中孤立点的局部简单非线性降噪

为解决重构相空间中由于孤立点的存在而使简单非线性降噪法无法有效降噪的问题,本研究提出使用不同邻域半径实施多次局部简单非线性降噪的方法,去除重构相空间中的孤立点.使用该方法,对HZ公司的制造质量水平时间序列,在其重构相空间中经过实施16次邻域半径由大到小的孤立点去除操作后,在重构相空间中得到无孤立点的时间序列.经过本方法实施孤立点去除操作后的时间序列,只需再经过一次简单非线性降噪,就可以实现有效降噪,经过有效降噪的重构相空间才可以实施进一步的预测模型的拟合.     

多变量时间序列相空间重构的优化

基于单变量时间序列相空间重构中嵌入维数的计算常采用虚假邻点算法,但推广到多变量情形时存在多种不足,提出了一种多变量时间序列相空间重构时嵌入维数的一种改进算法。改进算法在避免使用虚假邻点算法中的判别距离和算法收敛阈值的同时,也解决了已有多变量重构算法中全局和局部较优相空间维数搜索范围的选取问题。耦合R ossler系统产生多变量时间序列的仿真计算验证了该算法的有效性。经与单变量时间序列对比试验分析,表明采用新算法重构的相空间具有较强的预测能力,由此计算得到的非线性不变量具有较高的计算精度。     

时间序列确定性的指标检验方法

对于时间序列的生成机理是否服从于确定规律性的判断将直接影响到对其进行研究的理论框架的选择。提出了一种时间序列确定性成分的指标检验方法。该方法首先将待检验的时间序列重构于高维相空间中,寻找其主要几何特征在低维欧式空间中的投影,再将投影反射回高维相空间。通过比较原高维相空间与反射空间之间的偏差,来判断该序列的确定性。仿真实验证明了该方法具有可靠性。     

基于相空间重构的RBF江水浊度预报研究

针对江水浊度序列非线性非平稳的特点,提出基于相空间重构的径向基函数(RBF)神经网络江水浊度预报法.利用虚假邻域法确定最小嵌入维数,根据互信息法计算最佳延迟时间;根据取得的嵌入维数和延迟时间对江水浊度时间序列进行相空间重构;利用重构相空间后的时间阵列,用RBF神经网络建立预报模型;利用该模型对江水浊度进行预报.最后通过仿真,证明基于相空间重构的RBF神经网络预报优于SISO-RBF神经网络预报和BP神经网络预报.     

我国资本市场混沌特性研究

提出通过相空间重构及 Lyapunov指数来判定系统的混沌特性 .给出了时间序列相空间重构中确定最小嵌入维数的伪邻点法及确定时滞参数的自相关函数法 ;提出了一种计算 Lyapunov指数的实用方法 ;最后 ,以上证综合指数收益率时间序列为例进行了我国资本市场混沌特性判定研究 .     

基于混沌预测的模糊神经网络控制器设计及应用

由于混沌时间序列内部确定的规律性 ,其重构出混沌吸引子的相空间具有高精度短期预测性。根据非线性、大时滞系统的时间序列重构相空间 ,计算相空间的最大Lyapunov指数、饱和嵌入维数和可预报尺度 ,并以此为指导 ,对系统作高精度预测。在此基础上 ,又设计了遗传算法优化的模糊神经网络预测控制器 ,实现了对非线性、大时滞系统高精度的自适应控制。将该控制应用在锅炉过热汽温控制中 ,仿真表明该控制的有效性、准确性和鲁棒性。     

利用0-1测试快速识别交通流时间序列中的混沌

交通流时间序列混沌识别的方法主要有最大Lyapunov指数法、关联维数法和替代数据等方法,但这些方法需要对交通流时间序列进行相空间重构。引入一种新的判别交通流时间序列混沌特性的方法——0-1测试方法,该方法不需要对时间序列进行相空间重构,因而方便对交通流时间序列中的混沌现象进行快速检测。首先利用Logistic映射产生的时间序列对该方法的有效性进行了检验,随后又选用两组不同的实测交通流时间序列利用0-1测试进行了混沌检验。研究结果表明:在两组交通流时间序列中都存在混沌成分,而在其中一组数据中还存在随机成分。     

定性仿真技术及应用

定性仿真以非数字化手段处理信息输入、建模、行为分析和结果输出等仿真环节,通过定性建模推导系统的定性行为描述。定性仿真是处理不完备信息的有效方法。定性仿真方法产生了多种流派,如模糊仿真法、归纳推理法、非因果关系推理方法、基于因果关系的推理方法、基于图表的推理方法、基于数据的结构化建模方法、基于定性空间的推理方法等。近年来,定性仿真已应用到故障诊断、生态和环境学、机械制造业和工业系统、医学研究、混杂非线性系统、教育系统、人类社会与经济、人工智能等领域中。最后从整体上简要评述了定性仿真的发展。     

概念设计中机械行为方案的定性推理

定性推理是定性仿真的关键步骤之一,采用定性符号构成的矩阵来表示机械基础单元（BMU）的功能转化,用定性向量表示输入及输出状态,并通过定性状态功能矩阵的组合、推理和仿真从而帮助设计师完成机械概念设计的构思及创新工作。在此方案中把基础单元作为一个研究对象,通过定性代数、逻辑组合、分形法和定性状态推导法从而全面掌握和预测复杂机械的组成结构,并选出符合设计要求的合理方案,最后通过对缝纫机刺布机构概念设计的推导实例验证了方案的合理性和可行性。     

基于定性推理的开关∕继电器电路故障诊断

为实现开关/继电器电路的故障诊断,考虑将人工智能中的定性推理技术应用于电路故障分析。通过建立简单直观的权值电阻网络形式的电路定性模型,并研究了相关的算法进行静态、动态的定性仿真,再根据仿真结果判断系统是否发生故障,并利用元器件的状态信息通过推理方式实现故障定位。最后以某大型测试设备紧急断电电路为例进行了分析,结果证明了所述方法的可行性、有效性。     

定性代数方程的简明表达方法-影响方程及其建模

提出了定性代数方程简明表达方法的实现及建模规则.以化工装置中的固定床式烷基转移反应器为例讨论了影响方程建模过程,建立了烷基转移反应器的影响方程,并将影响方程模型直接转化为较为直观的符号有向图(SDG)模型.采用SDG定性推理(即基于网络拓扑的定性仿真方法)识别故障的完备性较高、能够揭示故障演变的路径和历程,在复杂过程系统危险识别和故障诊断领域得到广泛应用.     

结合区间和时域信息的定性模拟方法

针对传统ＱＳ方法中存在的歧义分枝问题，希望能利用区间定量信息和时域信息来减少模拟过程中的歧义性．在传统ＱＳＩＭ算法的基础上，提出了区间界标的概念和区间传播算法，并给出了有效表达时域信息的时域逻辑谓词，最后以一个水库管理的实例来说明如何利用区间信息和时域信息进行定性模拟     

一类离散系统的定性仿真

分析了一类具有离散时间分析和延时特性的离散系统定性仿真方法。通过将离散系统的不精确或不完备知识抽象为定性值、规则和约束，运用定性差分方程式形式定性建模，结合QSIM算法中的约束传播定量信息进行定性定量集成仿真，并给出仿真实例。     

定性仿真中摆动变量的研究

摆动变量是OSIM产生奇异行为分支的主要原因之一，辨识摆动变量并利用有效的方式消除变量的摆动是提高OSIM运算效率和预测准确度的一个关键技术，这个问题一直是定性仿真的一个难题。认真分析了Kuipers的相关理论后，发现其判定摆动变量的判据与变量的摆动没有直接的因果关系。因此一套摆动变量辨识和利用变量的高阶导数约束变量摆动的改进方法被提出，并以两级级联水箱和多级级水箱系统为例对该方法进行了说明。改进的方法有效地利用了系统常识和QDE中蕴含的定性信息，对系统常识与QDE的结合进行了有益的探索。     

非线性系统的定性相图构造

提出了一种新的基于定性仿真的非线性动力系统相图构造方法。首先对在定性仿真中应用最为广泛的QSIM算法进行改进,提出了适合于非线性系统的基于具体代数约束表示的仿真算法。在此基础上,对二维分叉系统以及非奇异的三维系统的相图构造实践进行实例分析。结果表明这种方法是完全可行的,它能够捕捉到所有定性可区分的系统行为从而很好的弥补传统的基于数值积分的相图构造方法的缺陷,因而具有其不可替代的价值。     

基于模糊定性仿真的多议题自动谈判模型

结合模糊定性仿真(FQSIM)理论对多议题谈判进行仿真, 构建了基于模糊定性仿真的多议题谈判模型, 并且进行了实例验证. 从验证结果可以看出, 仿真结果符合谈判的逻辑和人们的直观推测,能够清晰反映谈判的变化趋势, 该谈判模型相对于传统定性仿真对具体谈判问题具有更强的适应性, 更好地解决了由于不确定性因素在定量仿真中产生的问题, 可以简化多议题谈判的复杂程度, 并增强仿真模型的可信度和实用性.     

机械装置的定性空间推理与仿真

对定性空间推理机械装置的配置给出了一个全新的途径，使得计算机能通过定性空间推理理论，初步判断人类对某个机械装置设计的概念思路是否合理。此方案在推理过程中运用了约束传播和符号代数的方法，预测所有可能合理的配置信息。其推理机制主要定位于机械装置的空间信息描述和其相关的定性动力学描述。对每个构成一般机械装置的基础机械部件提供其定性配置信息和动力学约束。通过有机的推理机械部件信息，得到复杂机械部件综合定性描述，从而对整个系统的有个形象直观的定性认识。