Přirozená časová analýza - Natural time analysis
Přirozená časová analýza je statistická metoda aplikován na analýzu komplexní časové řady a kritické jevy, na základě počtu událostí jako měřítka „času“ spíše než hodiny.[1][2] Koncept přirozeného času představil P. Varotsos, N. Sarlis a E. Skordas v roce 2001.[3] Přirozená analýza času byla primárně aplikována na předpověď zemětřesení[1][2] / nowcasting[4][5][6][7][8][9][10][11][12][13] a sekundárně k náhlá srdeční smrt[14] / srdeční selhání[15][16] a finanční trh.[17] Přirozené časové charakteristiky jsou považovány za jedinečné.[9]
Etymologie
„Přirozený čas“ je nový pohled na čas zavedený v roce 2001[3] to není kontinuální, na rozdíl od konvenčního času, který je v kontinuu reálná čísla, ale místo toho jeho hodnoty tvoří spočetné sady jako přirozená čísla.[18]
Definice
V přirozené časové oblasti je každá událost charakterizována dvěma termíny, „přirozeným časem“ χa energie Qk. χ je definován jako k/N, kde k je přirozené číslo ( k-tá událost) a N je celkový počet událostí v časové posloupnosti dat. Související výraz, pk, je poměr Qk / Qcelkový, který popisuje uvolněnou frakční energii. Termín κ1 je odchylka v přirozeném čase:[19]
- kde a
Časový obrat
Obrácení času, na rozdíl od času, je použitelné při studiu přístupu systému ke kritičnosti s přirozenou analýzou času. Například živé systémy jsou považovány za fungující daleko od rovnováha 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 při studiu rozdílu těchto dvou výsledků.[15][14][16]

(b) stejné EKG vynesené v (a), ale odečtené v přirozené časové analýze
(c) EKG v běžném čase při obrácení času
(d) EKG při obrácení času v přirozené časové analýze
Délka mezi RR vzdálenostmi v konvenčním čase je v přirozené časové analýze přibližně považována za energii každého pulzu (události).
Aplikace
Seismologie
Nyní zemětřesení
v seismologie, nowcasting je odhad současného dynamického stavu seismologického systému.[4][7] Liší se od předpovědi, jejímž cílem je odhadnout pravděpodobnost budoucí události[12] ale je to také považováno za potenciální základnu pro předpovídání.[8][4] Nowcasting je založen na cyklus zemětřesení model, opakující se cyklus mezi dvojicemi velkých zemětřesení v zeměpisné oblasti, na kterém je systém vyhodnocen pomocí přirozeného času.[4] Nyní provedené výpočty vytvářejí „skóre potenciálu zemětřesení“, což je odhad současné úrovně seismického pokroku.[9]
Při aplikaci na seismicitu má přirozený čas následující výhody:[4]
- Deklasování následných otřesů není nutné, protože přirozený počet časů je rovnoměrně platný v každém případě následného otřesu nebo backgroung seismicity.
- Statistiky přirozeného času nezávisí na úrovni seismicity, vzhledem k tomu, že hodnota b se významně neliší.
Typickými aplikacemi jsou: velká globální zemětřesení a tsunami,[5] otřesy a indukovaná seismicita,[8][13] indukovaná seismicita při plynová pole,[10] seismické riziko pro globální velkoměsta,[12] studium shlukování velkých globálních zemětřesení,[11] atd.
Předpověď zemětřesení
Přirozená časová analýza byla původně aplikována na Metoda VAN aby se zlepšila přesnost odhadu času nadcházejícího zemětřesení, které bylo indikováno seismickými elektrickými signály (SES). Metoda považuje SES za platnou, když κ1 = 0,070. Jakmile je SES považováno za platné, je zahájena druhá NT analýza, ve které jsou zaznamenány následné seismické (spíše než elektrické) události a region je rozdělen jako Vennův diagram s alespoň dvěma seismickými událostmi na překrývající se obdélník. Když κ1 se blíží hodnotě κ1 = 0,070 pro kandidátskou oblast, kritická seismická událost je považována za bezprostřední, tj. Nastane za několik dní až přibližně jeden týden.[20]
Kardiologie
Přirozená časová analýza byla experimentálně použita pro diagnostiku srdeční selhání syndrom[15][16] stejně jako identifikace pacientů s vysokým rizikem náhlá srdeční smrt,[14] i když měříte pouze srdeční frekvenci, buď pomocí elektrokardiografie nebo mnohem levnější a přenosnější zařízení (tj. oxymetr ).[16]
Ekonomika
Kvůli 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.[17]
Reference
- ^ A b Varotsos, P. A .; Sarlis, N.V .; Skordas, E. S. (2002). "Dálkové korelace elektrických signálů, které předcházejí prasknutí". Fyzický přehled E. 66 (1 Pt 1): 011902. Bibcode:2002PhRvE..66a1902V. doi:10.1103 / PhysRevE.66.011902. ISSN 1539-3755. PMID 12241379.
- ^ A b Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (kniha), předmluva a kapitola 2
- ^ A b P. Varotsos, N. Sarlis, E. Skordas (2001). „Aspekty časoprostorové složitosti ve vztahu mezi seismickými elektrickými signály a seismicitou“. Praxe aténské akademie. 76: 294–321.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
- ^ A b C d E Rundle, J. B .; Turcotte, D. L .; Donnellan, A .; Ludwig, L. Grant; Luginbuhl, M .; Gong, G. (2016). „Nowcasting earthquakes“. Věda o Zemi a vesmíru. 3 (11): 480–486. Bibcode:2016E & SS .... 3..480R. doi:10.1002 / 2016EA000185. ISSN 2333-5084.
- ^ A b Rundle, John B .; Luginbuhl, Molly; Khapikova, Polina; Turcotte, Donald L .; Donnellan, Andrea; McKim, Grayson (01.01.2020). „Nowcasting Great Global Earthquake and Tsunami Sources“. Čistá a aplikovaná geofyzika. 177 (1): 359–368. doi:10.1007 / s00024-018-2039-r. ISSN 1420-9136.
- ^ Williams, Charles A .; Peng, Zhigang; Zhang, Yongxian; Fukuyama, Eiichi; Goebel, Thomas; Yoder, Mark, eds. (2019). "Úvod". Zemětřesení a mnohonásobná nebezpečí kolem Pacifiku, sv. II. Pageoph Topical Volumes. Birkhäuser Basilej. ISBN 978-3-319-92296-6.
- ^ A b Rundle, John B .; Giguere, Alexis; Turcotte, Donald L .; Crutchfield, James P .; Donnellan, Andrea (2019). „Global Seismic Nowcasting With Shannon Information Entropy“. Věda o Zemi a vesmíru. 6 (1): 191–197. Bibcode:2019E & SS .... 6..191R. doi:10.1029 / 2018EA000464. ISSN 2333-5084. PMC 6392127. PMID 30854411.
- ^ A b C Luginbuhl, Molly; Rundle, John B .; Turcotte, Donald L. (2019-01-14). „Statistické fyzikální modely pro otřesy a indukovanou seismicitu“. Filozofické transakce Královské společnosti A: Matematické, fyzikální a technické vědy. 377 (2136): 20170397. Bibcode:2019RSPTA.37770397L. doi:10.1098 / rsta.2017.0397. PMC 6282405. PMID 30478209.
- ^ A b C Pasari, Sumanta (01.04.2019). "Nowcasting Earthquakes in the Bay of Bengal Region". Čistá a aplikovaná geofyzika. 176 (4): 1417–1432. Bibcode:2019PApGe.176.1417P. doi:10.1007 / s00024-018-2037-0. ISSN 1420-9136.
- ^ A b Luginbuhl, Molly; Rundle, John B .; Turcotte, Donald L. (01.11.2018). „Přirozený čas a nowcasting vyvolaly seismicitu v plynovém poli Groningen v Nizozemsku“. Geophysical Journal International. 215 (2): 753–759. Bibcode:2018GeoJI.215..753L. doi:10.1093 / gji / ggy315. ISSN 0956-540X.
- ^ A b Luginbuhl, Molly; Rundle, John B .; Turcotte, Donald L. (01.02.2018). „Přirozený čas a zemětřesení v současnosti: Jsou velká globální zemětřesení dočasně seskupena?“. Čistá a aplikovaná geofyzika. 175 (2): 661–670. Bibcode:2018PApGe.175..661L. doi:10.1007 / s00024-018-1778-0. ISSN 1420-9136.
- ^ A b C Rundle, John B .; Luginbuhl, Molly; Giguere, Alexis; Turcotte, Donald L. (01.02.2018). „Přirozený čas, Nowcasting a fyzika zemětřesení: Odhad seismického rizika pro globální megafity“. Čistá a aplikovaná geofyzika. 175 (2): 647–660. arXiv:1709.10057. Bibcode:2018PApGe.175..647R. doi:10.1007 / s00024-017-1720-x. ISSN 1420-9136.
- ^ A b Luginbuhl, Molly; Rundle, John B .; Hawkins, Angela; Turcotte, Donald L. (01.01.2018). „Nowcasting Earthquakes: A Comparison of Induced Earthquakes in Oklahoma and at the Geysers, California“. Čistá a aplikovaná geofyzika. 175 (1): 49–65. Bibcode:2018PApGe.175 ... 49L. doi:10.1007 / s00024-017-1678-8. ISSN 1420-9136.
- ^ A b C Varotsos, P. A .; Sarlis, N.V .; Skordas, E. S .; Lazaridou, M. S. (06.08.2007). "Identifikace rizika náhlé srdeční smrti a určení doby jejího výskytu analýzou elektrokardiogramů v přirozeném čase". Aplikovaná fyzikální písmena. 91 (6): 064106. Bibcode:2007ApPhL..91f4106V. doi:10.1063/1.2768928. ISSN 0003-6951.
- ^ A b C Sarlis, N.V .; Skordas, E. S .; Varotsos, P. A. (2009-07-01). „Variabilita srdeční frekvence v přirozeném čase a šum 1 / f“"". EPL. 87 (1): 18003. Bibcode:2009EL ..... 8718003S. doi:10.1209/0295-5075/87/18003. ISSN 0295-5075.
- ^ A b C d Baldoumas, George; Peschos, Dimitrios; Tatsis, Giorgos; Chronopoulos, Spyridon K .; Christofilakis, Vasilis; Kostarakis, Panos; Varotsos, Panayiotis; Sarlis, Nicholas V .; Skordas, Efthimios S .; Bechlioulis, Aris; Michalis, Lampros K. (05.11.2019). „Prototypové fotopletysmografické elektronické zařízení, které odlišuje městnavé srdeční selhání od zdravých jedinců pomocí analýzy přirozeného času“. Elektronika. 8 (11): 1288. doi:10,3390 / elektronika8111288.
- ^ A b Mintzelas, A .; Kiriakopoulos, K. (01.01.2016). „Přirozená časová analýza na finančních trzích“. Algoritmické finance. 5 (1–2): 37–46. doi:10,3233 / AF-160057. ISSN 2158-5571.
- ^ Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (kniha), předmluva
- ^ Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (kniha), strany 121 a 131
- ^ Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (kniha), kapitola 7
Bibliografie
- Varotsos, Panayiotis A .; Sarlis, Nicholas V .; Skordas, Efthimios S. (2011). Přirozená analýza času: nový pohled na čas; Předběžné seismické elektrické signály, zemětřesení a další složité časové řady. Berlín: Springer. ISBN 978-3-642-16449-1. OCLC 755081829.