Přirozená analýza času - Natural time analysis

Přirozená časová analýza je statistická metoda používaná k analýze složitých časových řad a kritických jevů , založená na počtech událostí jako míře „času“ místo hodinového času . Přírodní čas koncepce byla zavedena P. Varotsos , N. Sarlis a E. Skordas v roce 2001. přírodní časové analýzy byla primárně použita k predikci zemětřesení / nowcastingu a sekundárně k náhlé srdeční smrti / srdečního selhání a finančních trhů . Přirozené časové charakteristiky jsou považovány za jedinečné.

Etymologie

„Přirozený čas“ je nový pohled na čas zavedený v roce 2001, který není spojitý, na rozdíl od konvenčního času, který je v kontinuu reálných čísel , ale jeho hodnoty místo toho tvoří spočítatelné množiny jako přirozená čísla .

Definice

V přirozené časové doméně je každá událost charakterizována dvěma členy, „přirozeným časem“ χ a energií Q _k . χ je definováno jako k / N , kde k je přirozené číslo ( k -ta událost) a N je celkový počet událostí v časové posloupnosti dat. Příbuzný termín, p _k , je poměr Q _k / Q _celkem , který popisuje uvolněnou frakční energii. Termín κ ₁ je odchylka v přirozeném čase:

${\ displaystyle \ kappa _ {1} = \ součet _ {k = 1} ^ {N} p_ {k} (\ chi _ {k}) ^ {2} - {\ bigl (} \ součet _ {k = 1} ^ {N} p_ {k} \ chi _ {k} {\ bigr)} ^ {2}}$

kde a${\ displaystyle \ textstyle \ chi _ {k} = k / N}$${\ displaystyle \ textstyle \ p_ {k} = {\ frac {Q_ {k}} {\ sum _ {n = 1} ^ {N} Q_ {n}}}}$

Časový obrat

Časový obrat, na rozdíl od hodinového času, je použitelný při studiu přístupu systému ke kritičnosti pomocí přirozené časové analýzy. Například živé systémy se považují za fungující daleko od rovnováhy, protože jejich hranice překračuje tok energie, na rozdíl od zemřelých organismů, kde chybí vnitřní hnací síly. Zatímco časová nevratnost je základní vlastností živého systému, stav smrti je časově reverzibilnější pomocí toku energie přes hranice systému. Kritický stav systému lze tedy odhadnout použitím přirozené časové analýzy při výpočtu entropie jak při normálním časovém toku, tak při obrácení času a studiem rozdílu těchto dvou výsledků.

(a), EKG , ve kterém RR vzdálenosti jsou označeny
(b) stejný EKG vyneseny v (a), ale čtení v přírodní časové analýzy
(c) EKG v běžném čase po čase obrácení
(d) EKG po časové obrácení přírodní čas analýzy
The délka mezi RR vzdálenostmi v konvenčním čase je přibližně považována za energii každého pulzu (události) v přirozené časové analýze.

Aplikace

Seismologie

Nyní zemětřesení

V seismologii je nowcasting odhadem současného dynamického stavu seismologického systému. Liší se od předpovědi, jejímž cílem je odhadnout pravděpodobnost budoucí události, ale je také považována za potenciální základnu pro předpovědi. Nowcasting je založen na modelu cyklu zemětřesení , což je opakující se cyklus mezi páry velkých zemětřesení v zeměpisné oblasti, na kterém je systém vyhodnocován pomocí přirozeného času. Nyní provedené výpočty vytvářejí „skóre potenciálu zemětřesení“, což je odhad současné úrovně seismického pokroku.

Při aplikaci na seismicitu má přirozený čas následující výhody:

1. Deklasování následných otřesů není nutné, protože přirozený počet časů je rovnoměrně platný v každém případě následného otřesu nebo backgroungové seismicity.
2. Statistiky přirozeného času nezávisí na úrovni seismicity, protože hodnota b se významně neliší.

Typickými aplikacemi jsou: velká globální zemětřesení a tsunami , otřesy a indukovaná seismicita , indukovaná seismicita na plynových polích , seismické riziko pro globální megacities, studium shlukování velkých globálních zemětřesení atd.

Předpověď zemětřesení

Přirozená časová analýza byla původně použita na metodu VAN, aby se zlepšila přesnost odhadu času nadcházejícího zemětřesení, které bylo indikováno seismickými elektrickými signály (SES). Metoda považuje SES za platnou, když κ ₁ = 0,070. Jakmile jsou SES považovány za platné, je zahájena druhá analýza NT, ve které jsou zaznamenány následné seismické (spíše než elektrické) události a oblast je rozdělena jako Vennův diagram s alespoň dvěma seismickými událostmi na překrývající se obdélník. Když se κ ₁ blíží hodnotě κ ₁ = 0,070 pro kandidátskou oblast, považuje se kritická seismická událost za bezprostřední, tj. Nastane za několik dní až přibližně jeden týden.

Kardiologie

Přirozená časová analýza byla experimentálně použita k diagnostice syndromu srdečního selhání a také k identifikaci pacientů s vysokým rizikem náhlé srdeční smrti , a to i při měření pouze srdeční frekvence, a to buď pomocí elektrokardiografie nebo mnohem levnějšího a přenosnějšího zařízení (tj. Oxymetru ).

Ekonomika

Vzhledem k podobnostem dynamických charakteristik mezi zemětřeseními a finančními trhy byla vybrána přirozená časová analýza, která se primárně používá v seismologii, aby pomohla při vývoji vítězných strategií na finančních trzích s povzbudivými výsledky.

Reference

Bibliografie

• Varotsos, Panayiotis A .; Sarlis, Nicholas V .; Skordas, Efthimios S. (2011). Přirozená časová analýza: nový pohled na čas; Předběžné seismické elektrické signály, zemětřesení a další složité časové řady . Berlín: Springer. ISBN 978-3-642-16449-1. OCLC  755081829 .