Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Анализ естественного времени - это статистический метод, применяемый для анализа сложных временных рядов и критических явлений , основанный на подсчете событий в качестве меры «времени», а не времени часов . [1] [2] Концепция естественного времени была введена П. Варотсосом , Н. Сарлисом и Э. Скордасом в 2001 году. [3] Анализ естественного времени в основном применялся для прогнозирования землетрясений [1] [2] / прогнозирования текущей погоды [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] и во вторую очередь квнезапная сердечная смерть [14] / сердечная недостаточность [15] [16] и финансовые рынки . [17] Естественные временные характеристики считаются уникальными. [9]

Этимология [ править ]

«Естественное время» - это новый взгляд на время, представленный в 2001 году [3], который не является непрерывным, в отличие от обычного времени, которое находится в континууме действительных чисел , но вместо этого его значения образуют счетные множества как натуральные числа . [18]

Определение [ править ]

В естественной временной области каждое событие характеризуется двумя членами: «естественным временем» χ и энергией Q k . χ определяется как k / N , где k - натуральное число ( k -ое событие), а N - общее количество событий во временной последовательности данных. Связанный с этим термин, p k , представляет собой отношение Q k / Q total , которое описывает выделенную дробную энергию. Термин κ 1 представляет дисперсию в естественное время: [19]

где и

Обратное время [ править ]

Обращение времени, в отличие от времени часов, применимо при изучении подхода системы к критичности с помощью анализа естественного времени. Например, считается, что живые системы действуют далеко от равновесия, поскольку поток энергии пересекает их границы, в отличие от умерших организмов, у которых отсутствуют внутренние движущие силы. В то время как необратимость времени является фундаментальным свойством живой системы, состояние смерти более обратимо во времени посредством потока энергии через границы системы. Таким образом, критическое состояние системы может быть оценено путем применения анализа естественного времени при вычислении энтропии как при нормальном течении времени, так и при обращении времени и изучении разницы между двумя результатами. [15] [14] [16]

(а) ЭКГ , в которой расстояние RR отмечены
(б) то же ЭКГ нанесены на стадию (а) , но читать естественный анализ времени
(с) ЭКГ при обычное время при обращении времени
(г) ЭКГ при обращении времени в анализе естественного времени
Длина между расстояниями RR в условном времени приблизительно рассматривается как энергия каждого импульса (события) в анализе естественного времени.

Приложения [ править ]

Сейсмология [ править ]

Прогнозирование текущей погоды землетрясений [ править ]

В сейсмологии прогнозирование текущей погоды - это оценка текущего динамического состояния сейсмологической системы. [4] [7] Оно отличается от прогнозирования, которое направлено на оценку вероятности будущего события [12], но также считается потенциальной основой для прогнозирования. [8] [4] Прогноз текущей погоды основан на модели цикла землетрясений , повторяющегося цикла между парами сильных землетрясений в географической области, на основании которого система оценивается с использованием естественного времени. [4] Расчеты прогнозирования текущей погоды дают «оценку потенциального землетрясения», оценку текущего уровня сейсмической активности. [9]

Применительно к сейсмичности естественное время имеет следующие преимущества: [4]

  1. Декластеризация афтершоков не является необходимой, поскольку естественный подсчет времени одинаково действителен в любом случае афтершока или фоновой сейсмичности.
  2. Статистика естественного времени не зависит от уровня сейсмичности, поскольку значение b существенно не меняется.

Типичные применения: сильные глобальные землетрясения и цунами , [5] афтершоки и индуцированная сейсмичность , [8] [13] индуцированная сейсмичность на газовых месторождениях , [10] сейсмический риск для глобальных мегаполисов, [12] изучение кластеризации крупных глобальных землетрясений, [11] и т. Д.

Прогноз землетрясения [ править ]

Анализ естественного времени был первоначально применен к методу VAN , чтобы повысить точность оценки времени приближающегося землетрясения, которое, как было указано, произошло с помощью сейсмических электрических сигналов (SES). Метод считает SES действительным, когда κ 1 = 0,070. Как только SES признаны действительными, начинается второй анализ NT, в котором отмечаются последующие сейсмические (а не электрические) события, и область делится на диаграмму Венна, по крайней мере, с двумя сейсмическими событиями на перекрывающийся прямоугольник. Когда κ 1 приближается к значению κ 1 = 0,070 для области-кандидата, критическое сейсмическое событие считается неизбежным, т. Е. Оно произойдет в течение от нескольких дней до одной недели или около того. [20]

Кардиология [ править ]

Естественный анализ времени экспериментально используется для диагностики сердечной недостаточности синдрома [15] [16] , а также идентификации пациентов с высоким риском внезапной сердечной смерти , [14] , даже при измерении исключительно сердечный ритма, либо с помощью электрокардиографии или более недорогое и портативное оборудование (например, оксиметр ). [16]

Экономика [ править ]

Из-за сходства динамических характеристик землетрясений и финансовых рынков анализ естественного времени, который в основном используется в сейсмологии, был выбран для помощи в разработке выигрышных стратегий на финансовых рынках с обнадеживающими результатами. [17]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Варотсос, Пенсильвания; Sarlis, NV; Скордас, ES (2002). «Дальние корреляции электрических сигналов, предшествующие разрыву». Physical Review E . 66 (1 Pt 1): 011902. Bibcode : 2002PhRvE..66a1902V . DOI : 10.1103 / PhysRevE.66.011902 . ISSN  1539-3755 . PMID  12241379 .
  2. ^ a b Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (книга), предисловие и глава 2
  3. ^ a b П. Варотсос, Н. Сарлис, Э. Скордас (2001). «Пространственно-временные аспекты сложности взаимосвязи между сейсмическими электрическими сигналами и сейсмичностью» . Практика Афинской академии . 76 : 294–321.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  4. ^ a b c d e Рандл, JB; Turcotte, DL; Donnellan, A .; Людвиг, Л. Грант; Luginbuhl, M .; Гонг, Г. (2016). «Прогноз землетрясений» . Наука о Земле и космосе . 3 (11): 480–486. Bibcode : 2016E & SS .... 3..480R . DOI : 10.1002 / 2016EA000185 . ISSN 2333-5084 . 
  5. ^ a b Рандл, Джон Б .; Лугинбуль, Молли; Хапикова, Полина; Turcotte, Donald L .; Доннеллан, Андреа; МакКим, Грейсон (01.01.2020). "Прогнозирование источников сильного глобального землетрясения и цунами". Чистая и прикладная геофизика . 177 (1): 359–368. DOI : 10.1007 / s00024-018-2039-у . ISSN 1420-9136 . 
  6. ^ Уильямс, Чарльз А .; Пэн, Чжиган; Чжан, Юнсянь; Фукуяма, Эйити; Гебель, Томас; Йодер, Марк, ред. (2019). "Вступление". Землетрясения и множественные опасности в Тихоокеанском регионе, Vol. II . Тематические тома Пейджофа. Birkhäuser Basel. ISBN 978-3-319-92296-6.
  7. ^ a b Рандл, Джон Б .; Жигер, Алексис; Turcotte, Donald L .; Кратчфилд, Джеймс П .; Доннеллан, Андреа (2019). "Глобальное сейсмическое прогнозирование текущей погоды с энтропией информации Шеннона" . Наука о Земле и космосе . 6 (1): 191–197. Bibcode : 2019E & SS .... 6..191R . DOI : 10.1029 / 2018EA000464 . ISSN 2333-5084 . PMC 6392127 . PMID 30854411 .   
  8. ^ a b c Лугинбуль, Молли; Рандл, Джон Б .; Тюркотт, Дональд Л. (14 января 2019 г.). «Статистические физические модели афтершоков и индуцированной сейсмичности» . Философские труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 377 (2136): 20170397. Bibcode : 2019RSPTA.37770397L . DOI : 10,1098 / rsta.2017.0397 . PMC 6282405 . PMID 30478209 .  
  9. ^ a b c Пасари, Суманта (2019-04-01). «Прогнозирование землетрясений в Бенгальском заливе». Чистая и прикладная геофизика . 176 (4): 1417–1432. Bibcode : 2019PApGe.176.1417P . DOI : 10.1007 / s00024-018-2037-0 . ISSN 1420-9136 . 
  10. ^ а б Лугинбуль, Молли; Рандл, Джон Б .; Тюркотт, Дональд Л. (2018-11-01). «Естественное время и прогноз текущей погоды вызвали сейсмичность на газовом месторождении Гронинген в Нидерландах» . Международный геофизический журнал . 215 (2): 753–759. Bibcode : 2018GeoJI.215..753L . DOI : 10,1093 / gji / ggy315 . ISSN 0956-540X . 
  11. ^ а б Лугинбуль, Молли; Рандл, Джон Б .; Тюркотт, Дональд Л. (01.02.2018). «Землетрясения с естественным временем и прогнозом текущей погоды: группируются ли крупные глобальные землетрясения во времени?». Чистая и прикладная геофизика . 175 (2): 661–670. Bibcode : 2018PApGe.175..661L . DOI : 10.1007 / s00024-018-1778-0 . ISSN 1420-9136 . 
  12. ^ a b c Рандл, Джон Б.; Лугинбуль, Молли; Жигер, Алексис; Тюркотт, Дональд Л. (01.02.2018). «Естественное время, прогноз текущей погоды и физика землетрясений: оценка сейсмического риска для глобальных мегаполисов». Чистая и прикладная геофизика . 175 (2): 647–660. arXiv : 1709.10057 . Bibcode : 2018PApGe.175..647R . DOI : 10.1007 / s00024-017-1720-х . ISSN 1420-9136 . 
  13. ^ а б Лугинбуль, Молли; Рандл, Джон Б .; Хокинс, Анджела; Тюркотт, Дональд Л. (1 января 2018 г.). «Землетрясения с прогнозом текущей погоды: сравнение индуцированных землетрясений в Оклахоме и у Гейзеров, Калифорния». Чистая и прикладная геофизика . 175 (1): 49–65. Bibcode : 2018PApGe.175 ... 49L . DOI : 10.1007 / s00024-017-1678-8 . ISSN 1420-9136 . 
  14. ^ a b c Варотсос, Пенсильвания; Sarlis, NV; Скордас, ES; Лазариду, MS (2007-08-06). «Выявление риска внезапной сердечной смерти и определение времени его наступления путем анализа электрокардиограмм в естественном времени». Письма по прикладной физике . 91 (6): 064106. Bibcode : 2007ApPhL..91f4106V . DOI : 10.1063 / 1.2768928 . ISSN 0003-6951 . 
  15. ^ а б в Сарлис, штат Невада; Скордас, ES; Варотсос, Пенсильвания (2009-07-01). «Вариабельность сердечного ритма в естественное время и 1 / f« шум » » . EPL . 87 (1): 18003. Bibcode : 2009EL ..... 8718003S . DOI : 10.1209 / 0295-5075 / 87/18003 . ISSN 0295-5075 . 
  16. ^ a b c d Балдумас, Джордж; Песчос, Димитриос; Тацис, Гиоргос; Хронопулос, Спиридон К .; Христофилакис, Василис; Костаракис, Панос; Варотсос, Панайотис; Сарлис, Николай V .; Skordas, Efthimios S .; Бечлиулис, Арис; Михалис, Лампрос К. (05.11.2019). «Прототип электронного устройства для фотоплетизмографии, которое отличает застойную сердечную недостаточность от здоровых людей с помощью анализа естественного времени» . Электроника . 8 (11): 1288. DOI : 10.3390 / electronics8111288 .
  17. ^ a b Mintzelas, A .; Кириакопулос, К. (01.01.2016). «Анализ естественного времени на финансовых рынках» . Алгоритмические финансы . 5 (1–2): 37–46. DOI : 10.3233 / AF-160057 . ISSN 2158-5571 . 
  18. ^ Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (книга), предисловие
  19. ^ Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (книга), страницы 121 и 131
  20. ^ Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (книга), глава 7

Библиография [ править ]

  • Varotsos, Panayiotis A .; Сарлис, Николай V .; Скордас, Эфтимиос С. (2011). Анализ естественного времени: новый взгляд на время; Предвестники сейсмических электрических сигналов, землетрясений и других сложных временных рядов . Берлин: Springer. ISBN 978-3-642-16449-1. OCLC  755081829 .