[发明专利]一种基于标度指数的动力学结构突变检测方法与检测系统

权利要求书

1.一种系统动力学结构突变的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)定义用于系统动力学结构突变检测的滑动移除时间窗口

在描述系统状态的时间序列上定义一个滑动移除时间窗口，该滑动移除时间窗口宽度取决于时间序列的数据量；

(2)系统状态的标度指数计算

将步骤1定义的滑动移除时间窗口w，以h为滑动步长不断移动，得到随步长变化的新序列，并利用如下公式计算各新序列的标度指数Hurst值，即

式中：n表示新序列长度，为新序列标准差；为新序列均值。

绘制n与(V/S)_n的logn～log(V/S)_n图，通过最小二乘回归估计直线的斜率，斜率的1/2即为标度指数Hurst值；

(3)检测系统动力学结构突变

依据步骤2计算不同步长h下新序列的Hurst值，并绘制Hurst值随时间变化的曲线，根据曲线的变化趋势初步判断系统的动力学结构的突变情况；

(4)计算Hurst值方差贡献

将步骤2计算得出的标度指数Hurst值序列y(i)利用如下公式计算每个标度指数的方差贡献C值，即：

式中，表示整个标度指数序列y(i)的均值，m＝int[(N-w+1)/h]，int表示取整。

(5)验证动力学结构突变检测结果

根据步骤4中的C值绘制C值随时间变化的曲线，给定方差贡献阈值，即基于该曲线超过阈值S的区间验证步骤3中系统动力学结构的突变情况。

2.根据权利要求1所述的系统动力学结构突变的检测方法，其特征在于步骤1中，滑动移除窗口的窗口长度w至少包含5个数据点以确保移除后新序列标度指数Hurst值计算的差异性。

3.根据权利要求1所述的系统动力学结构突变的检测方法，其特征在于步骤1中，滑动步长h应小于等于滑动移除窗口w以确保不会遗漏原序列数据。

4.根据权利要求1所述的系统动力学结构突变的检测方法，其特征在于，前述步骤2中，各新序列选取的步骤包括：

(1)依据选定的滑动移除时间窗口长度w；

(2)从观测数据序列的第1个数据开始连续移除w个数据；

(3)将剩余的N-w个观测数据直接连接形成新序列。

(4)以h为滑动步长不断重复以上步骤得到int[(N-w+1)/h]个新序列。

5.一种系统动力学结构突变的检测系统，其特征在于，该系统包括：

(1)滑动移除窗口定义模块，用以在描述系统状态的时间序列上定义一个滑动移除时间窗口；

(2)系统状态的标度指数计算模块，用以计算滑动移除时间窗口后新序列的标度指数值Hurst；

(3)突变检测与观测模块，用于绘制Hurst值随时间变化的曲线并根据该曲线的变化初步判断系统动力学结构的突变情况；

(4)方差贡献计算模块，用以计算标度指数Hurst值序列的方差贡献值以及定义方差阈值；

(5)突变检测结果验证模块，用以绘制方差贡献值随时间变化的曲线并依据是否超过给定方差阈值验证系统动力学结构的突变情况。

6.根据权利要求5所述的系统动力学结构突变的检测系统，其特征在于，滑动移除窗口的窗口长度w至少包含5个数据点以确保移除后新序列标度指数Hurst值计算的差异性。

7.根据权利要求5所述的系统动力学结构突变的检测系统，其特征在于，前述滑动步长h小于等于滑动移除窗口w以确保不会遗漏原序列数据。

8.根据权利要求5所述的系统动力学结构突变的检测系统，其特征在于，前述系统状态的标度指数计算模块，依据步长h将生成int[(N-w+1/h]个新序列，并利用下列公式计算新序列的标度指数Hurst值：

9.根据权利要求5所述的系统动力学结构突变的检测系统，其特征在于，前述方差贡献计算模块，方差贡献C的求解方法，即

式中，表示整个标度指数序列y(i)的均值，m＝int[(N-w+1)/h]，int表示取整。

方差阈值计算公式为