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基于片段和 模式識別 摘要 本文專門對動態(tài)過程的狀態(tài)進(jìn)行評估。過程狀態(tài)和異常將從被測量過程變量的模式中得到，利用這些模式的正確反映和分類，可以對一種確切的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識別。然而相同狀態(tài)的不同模式有著不同的時間持續(xù)或者大小，這篇論文中將提到一種動態(tài)時間歸正算法（ 通過相似性匹配法進(jìn)行不同模式的比較和分類。這個算法的主要改進(jìn)在于利用了片段的方法對模式變量的性質(zhì)進(jìn)行反映。 介紹 在動態(tài)過程的狀態(tài)評估中對被測量動態(tài)信號的解釋是一項最重要的工作，即對錯誤的檢測和修正。因此，擁有處理信號的工具是十分重要的 ，性質(zhì)的反映期望能夠代表被監(jiān)測信號的趨勢（傾向、震動度、警示、短暫度 …… .），特別是在錯誤的檢測和修正中。根據(jù)有關(guān)過程和行為的知識，一些技術(shù)可以用于這個目的。 利用片段的方法反映信號是其中一種技術(shù)。在這種情況下，一系列的片段被用于描述表征特定變化狀況的模式中，然后，問題轉(zhuǎn)化為獲得能夠表征這些模式的分類機(jī)制。這篇文章將描述用于這種模式識別技術(shù)的一種工具。 論文將按照以下線索進(jìn)行組織。如下部分討論用以類似時間級數(shù)的方法，然后介紹動態(tài)時間歸整算法和有關(guān)片段的基本概念。最后，提及 一項新進(jìn)展并在一個診斷應(yīng)用例 子中進(jìn)行檢查。 時間級數(shù)比較 在許多應(yīng)用中時間級數(shù)比較的研究已經(jīng)大量展開，下一步，將觀察距離類似的一些模型。 et (1995b)提出形狀定義語言 于取回包含在基于形狀的歷史中的信息。 在 et (1995a)中推出了另一種相似模型，基于兩個時間序列如果有足夠非重疊時間有序的相似子序列則認(rèn)為它們是相似的。由于這一模型的推出，通過建立一個可索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，快速搜索技術(shù)被用于檢測一組序列中的相似 序列成分。 et 994) 或 u (1999)提出了把 998)采用了一種新的表示法，組成 永許用戶自己定義各種各樣的類似量。 (000) 介紹了一種支持索引法的維度伸縮辦法。 另外一種有關(guān)序列相似的有用量是最長共同序列（ 長度，基于從一個 序列傳到另一個序列的編輯長度。 (1994)對一些存在方案進(jìn)行了修訂。 在 992中線的組合代表了信號的性質(zhì)形狀。因此，如果兩種瞬時狀態(tài)的 個真實(shí)時間部分的分析程序，從預(yù)先確定的時間間隙中提取 把它們與儲存了有趣行為的可擴(kuò)張庫進(jìn)行比較。 在 (994b)中描述了基于片段的模式識別。每一個模式被一連串元素代表，同時用模 式語法的辦法進(jìn)行定義。包含所有分類信息的特征序列通過與代表這些趨勢中的相似事件的明顯句法描述的匹配而確定，模式匹配促進(jìn)了被用語解決需決定樹法再次解決的分類問題中的性質(zhì)和數(shù)量的提取。 動態(tài)時間歸整 通過時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行的大部分算法是使用歐幾里得距離或者它的一些變化。然而由于它對于時間軸上小的失真非常敏感，歐幾里得距離可以形成相似上的不正確量。 一種試圖解決這種不便的方法是動態(tài)時間歸整法（ 這種技術(shù)是利用動態(tài)方程把時間級數(shù)與一個特定的模板對齊使累積距離最小。 起的失真。 下面描述 設(shè)兩個長度分別為 的時間級數(shù) X、 Y： X=x1,..,..,=y1,..,..,1) 為了對齊兩序列， *點(diǎn)的 陣中每一個元素（ i， j）包含了 d（ 路徑 W=w1,..,wk m,n)?k?m+n (2) ik,(3) 和 了尋找最佳路徑 慮一些關(guān)于匹配過程的條件，主要有： ?路徑端點(diǎn)條件： w?????， ??， m,n]。 ?連續(xù)性時間匹配路徑不可能是逆時的，所以必須滿足： 1 通過把該點(diǎn)距離 d(xi,先前單元中距離的最小值之和 D(i,j) 作為累積距離來抽取路徑： D(i,j)=d(xi,(D(j),D(i, ( 1 ) 圖 1：形狀相同的兩個信號， a）由于信號不及時對齊，歐幾里得距離將產(chǎn)生一個不良結(jié)果。 b） 。 這項技術(shù)進(jìn)行了許多更改用于在通過線性代表的較高層面上進(jìn)行操作。 在前面的部分中， 利的方面其算法計算時間過長和試圖通過歪曲軸的可變性可能引起無法對齊。在這一部分中，將介紹可以解決這種缺陷的 擬采用的解決方案組成上， 為片段的序列表征通過減少數(shù)據(jù)的計算量來減少計算時間。類似的，定義片段的性質(zhì)特征將回避 此， 唯一的問題是去定義片段間的累積距離。在這種意義中，一個距離的圖表被定義，與前部分所描述的 13類片段相一致。累積距離跟性質(zhì)狀況和定義了不同種類片段的輔助特性有關(guān)。然而，這些累積距離是以用戶的標(biāo)準(zhǔn)為條件的，因此 …… 建立了，利用片段作為信號更高水平的表征。 必須牢記，被比較的序列可以有不同的持續(xù)，這個事實(shí)使的擬議技術(shù)的概括復(fù)雜化，在下一個例子中被分析的序列的長度是不同的，盡管不是太不相似。 診斷應(yīng)用 如應(yīng)用的例子中，前面提到的 改進(jìn)已經(jīng)在一座以診斷為目的的實(shí)驗室設(shè)備中使用了。在這套設(shè)備中，容器 器 B）中抽水來控制。 三個閥門（ 以通過控制開或關(guān)。然后打開或關(guān)閉閥門的合適組合的一些行為將發(fā)生。表 2描述了有關(guān)情形。 系統(tǒng)力學(xué)可以通過利用外部水填滿或者清空水庫做稍微改變。再說外部水的輸入或輸出也是控制所感興趣的部分。試驗在假設(shè)兩種情況不互搭的基礎(chǔ)上已經(jīng)被改進(jìn)了。這樣，閥門配置方面的改變只有過程是穩(wěn)態(tài)時才被實(shí)施。被監(jiān)控信號的容器 監(jiān)測系統(tǒng)可以檢測這些情形并且根 據(jù)片段序列描述的被測量信號的行為源診斷。監(jiān)測系統(tǒng)周期性地獲得并作為根據(jù)目前描述片段序列的表征。這些序列通過 執(zhí)行例子 這部分中所講的例子與表格 2中所描述的三個閥門的操作是相一致的。首先，操作閥們模擬失靈，接著再操作閥們使回到正常操作狀態(tài)。前面提到的三種模式（ 3）已經(jīng)得到分別去代表每一個不正常狀態(tài)，每一種（圖 5兩個被監(jiān)測的信號和它在事件中的表征所組成。 然后，三種測試模板 3（圖 8相同的情 況相一致，但是擁有不同的起點(diǎn)用以與前面提到的模式相比較，從而診斷狀態(tài)。 首先，每一模式的電平和控制信號在使信號正?；笠呀?jīng)和一種古典的到的結(jié)論在表 3和 4中給出。然后，測試模板的序列與前面模板的已知序列用 5和 6給出了電平的控制信號的比較結(jié)果。在所有情形下，所獲得的有用結(jié)果是一個正常距離，因此， 0代表完全匹配。 最后，獲得兩信號距離主要目的是為了得到每一種狀況和不同情況（ 模式之間是本地距離，這種類似評價的結(jié)果，在表 7和 8中給出。 可以看出利用表 8比表 7更容易分離出正確或錯誤的診斷。另一個要考慮的是處理時間。在這些例子中，利用 利用 總結(jié) 這項工作表明利用片段法進(jìn)行信號的性質(zhì)表征和用于診斷領(lǐng)域模式識別的 既然屬于相同狀態(tài)的不同模式可以有不同的時間持續(xù)或重要性， 以比較和分類相同模式，利用相似匹配法。這樣，由 ，從水位控制系統(tǒng)的例子中可以看出，控制狀況的正確識別可以從當(dāng)前模式和前面已知模式的比較中得出。 on is of be of a of a of to of or In a is in to by of a of in is of of by of of is an of it is to to of of .) in in be of is of by of In of to of is to a of in to of In a of in is is as In to is to a TW is in a to of in of et (1995b) a in on in a of a et (1995a) of is it is on to be if of in a of by a to a of et 1994) u (1999) a is A 1998), of to a of to a of ( 000) a an A of is of a on in to (1994) a of 992) of a is by of if A a of an A on is 994b). is by a of by of a is by in of by of of of or an of it is to in A to 1978; 990) to a so in 1). in to to of a TW is , of m n =x1,..,.., Y=y1,..,.., (1) To a of k on a i,j) of d(xi,xi is a of W=w1,..,m,n)?k?m+n (2) ik, (3) ik jk of In to , on ??at of 1,1] m,n] ??go in is ik is by (i,j) as of d(xi,in of in be D(i,j)=d(xi,(D(j),D(i, ( 1 ) of in to in 999) a TW is to on a of a (001) a of of et (1998) TW to of an of (et 1998) a is et 1998) to in to TW n as a to of to to As it is a it in by to in by In a of TW is on TW in in of a as by of an of in TW be to to a is to a In a of 3 of in on of ). be to of so to a of a of TW is as a of It is to in of in of is A s in a In 4), in is by of a by a 2 3) be in to by of by by or of to be in of is in in be to of to of by of as of to by of he in to of as . in to in to to 2 3) to 5is by in in 1, 3 (8to in to of a TW in . of by of In of In a a of in to a in . It be it is to by . to is In of by TW in a 2 it .3 of of by of in of to of or a TW is in to by of a of of TW is to of in of of is in of a of is of