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 Q_k. 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, p_k, je poměr Q_k / Q_celkový, který popisuje uvolněnou frakční energii. Termín κ₁ je odchylka v přirozeném čase:^[19]

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

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

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]

(A) EKG ve kterém jsou vyznačeny vzdálenosti RR
(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]

1. Deklasování následných otřesů není nutné, protože přirozený počet časů je rovnoměrně platný v každém případě následného otřesu nebo backgroung seismicity.
2. 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

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.