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《大连理工大学》 2005年
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混沌时间序列的长期预测方法研究

席剑辉  
【摘要】:本文探讨了混沌时间序列模型描述及预测的机理问题,目的是在分析混沌动力学特 性的基础上,构建出描述复杂自然系统内部单变量或多变量混沌时间序列变化规律的方 法框架。在可预测范围内,通过实时跟踪奇异吸引子轨迹以及同时跟踪多条邻近吸引子 轨迹两条途径实现序列的长期预测,并进行相应的理论分析。主要研究内容和研究成果 包括: (1) 结合混沌相空间轨迹特性进行混沌信号噪音滤除的方法研究。针对混沌时间序 列具有的动力特性未知、长系列等特点,对常规局部平均去噪方法进行改进,提出一种 非线性局部逼近去噪方法。该方法采用更为简单的∞-范数计算两点之间的距离,并且 通过建立邻域内点的加权模型更好地校正相空间中点的位置,使其逼近真实的混沌奇异 吸引子轨迹。仿真结果说明该方法能够高效地去除噪声,同时保留原非线性系统的混沌 特性,并且很好地区分相空间中的邻近轨迹。 (2) 重构系统方程自适应预测方法研究。引入一个新概念-广义状态向量,包括系 统未知参数和系统原始状态变量两个部分。通过比较典型混沌方程与所观测时间序列的 吸引子特性有效地确定广义状态向量初始状态,从而确定系统初始预测模型。再基于扩 展卡尔曼滤波方法的跟踪辨识特性,建立和跟踪混沌系统的主动态方程式,同时有效地 进行混沌预测。对太阳黑子混沌时间序列的仿真结果表明该方法可以实现较高精度的实 时预测并有效地重构系统方程。 (3) 多重分支时间延迟神经网络的预测方法研究。混沌对初始条件的敏感性决定了 在其可预测范围内,实现长期预测十分困难。本文采用能良好反映系统动态特性的时间 延迟神经网络,首先,探讨其与混沌相空间理论结合进行长期预测的可能性。在此基础 上,建立一种新的递归预测器神经网络(RPNN),单层局部互连结构,网络节点之间由 包含任意延迟的多重分支相连。其中,节点代表过程状态,节点间的分支和延迟代表状 态之间的关系,符合现实生活中复杂混沌系统的内部关系。通过对输入输出样本对的学 习,网络每次预测时跟踪当前状态的多条邻近轨迹,从而可以削弱预测期长短的影响, 做到较精确的长期预测。引入六种预测性能指标定量比较不同方法的预测精度,分析不 同预测模型的优缺点。其次,进行多重分支时间延迟神经网络稳定性分析。由于节点之 间具有多重带时间延迟的分支,多重分支时间延迟神经网络的动态特性十分复杂。本文 通过引入分支权值矩阵表示网络权系数,首次分析了在输入扰动和权值扰动两种情况 混沌时间序列的长期预测方法研究 下,多重分支时间延迟神经网络能够保持稳定的条件,即能够依靠网络内部的结构因素 使受扰输出限制在平衡状态的一个有限邻域内时,网络结构应该满足的条件。 (4)结合主成分分析和神经网络进行多元变量时间序列预测方法的研究。复杂系统 的动态特性通常包含在多个变量时间序列的演化轨迹中,需要研究多元变量相空间重构 方法。本文沿用单变量混沌时间序列相空间重构预测的思路,扩展主成分分析方法应用 于提取多元变量输入样本中的主成分,以降低输入变量维数,重构多元变量相空间;利 用时间延迟一前馈神经网络实现多输入与多输出之间的函数映射。仿真结果说明该方法可 以进行多元变量时间序列的建模研究,实现较高精度的预测。 关键词:混沌序列;预测;一卜尔曼滤波;多重分支神经网络;多变量时间序列
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN911

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 陈敏;邓英伟;;混合神经网络和混沌理论的城市用水量预测研究[J];电脑知识与技术;2008年34期
4 陈敏;叶晓舟;;混沌时间序列的判定方法研究[J];信息技术;2008年06期
5 李占英;王科俊;张明君;唐墨;;二阶对角递归神经网络船舶横摇运动预测[J];华中科技大学学报(自然科学版);2011年06期
6 陈敏;邓英伟;黄樱;;基于混沌理论的城市用水量预测研究[J];计算技术与自动化;2009年01期
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8 韩贵丞;李锋;;股票指数信号的似混沌特性研究[J];计算机工程与设计;2011年02期
9 陈敏;曹文明;李泽军;;基于混合神经网络和混沌理论的居民消费价格指数预测研究[J];统计与决策;2009年15期
10 陈敏;叶晓舟;;混沌理论在股票价格预测中的应用[J];系统仿真技术;2008年04期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 卢山;基于非线性动力学的金融时间序列预测技术研究[D];东南大学;2006年
2 姜斌;地、海杂波建模及目标检测技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
3 汤俊;基于可疑金融交易识别的离群模式挖掘研究[D];武汉理工大学;2007年
4 李亚娇;基于现代分析技术的水文时间序列预测方法研究[D];西安理工大学;2007年
5 史志伟;混沌时间序列预测与储备池机器学习方法研究[D];大连理工大学;2008年
6 张安兵;动态变形监测数据混沌特性分析及预测模型研究[D];中国矿业大学;2009年
7 杨飞;基于回声状态网络的交通流预测模型及其相关研究[D];北京邮电大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨夷梅;基于混沌序列和RSA算法的图像加密技术的研究[D];中南林业科技大学;2007年
2 王媛媛;基于BP神经网络的混沌时间序列预测方法研究[D];河北经贸大学;2011年
3 吕陶梅;滚动轴承摩擦力矩预报方法研究[D];河南科技大学;2009年
4 刘鑫;宽带音频的非线性频带展宽技术[D];北京工业大学;2011年
5 吴娇媚;基于混沌时间序列的桥梁状态评估研究[D];兰州交通大学;2011年
6 梁景波;混沌时间序列一种长期预测方法研究[D];辽宁科技大学;2012年
7 王海丹;基于神经网络的多变量混沌时间序列建模和预测[D];沈阳航空航天大学;2012年
8 陈敏;基于BP神经网络的混沌时间序列预测模型研究[D];中南大学;2007年
9 郝树栋;分布混沌理论与混沌时间序列预测方法研究[D];大连海事大学;2008年
10 李众;基于BP网络的混沌时间序列预测的研究[D];中北大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 权先璋,温权,张勇传;混沌预测技术在径流预报中的应用[J];华中理工大学学报;1999年12期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李鸿利,郑秀婷,吴大鸣,牟勇强;利用分形评定高聚物/无机粒子体系的分散效果[J];工程塑料应用;2004年12期
2 冯元珍;胡玉峰;;协作控制中常用的矩阵理论[J];安徽职业技术学院学报;2010年03期
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8 李国良;付强;冯艳;李伟业;刘仁涛;;嫩江水体溶解氧变化规律的混沌研究[J];安全与环境学报;2007年06期
9 程媛媛;蒋威;;广义系统能控和能观等价的若干条件[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2012年02期
10 薛亚东,高德利;深部实钻地层可钻性评测新方法[J];地下空间;2001年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王一颉;韩敏;;基于优化相空间重构的多变量混沌时间序列预测[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 王炬;樊绍胜;;平移不变小波快速算法在电力通信消噪中的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 陈万义;;传递函数矩阵零空间的最小多项式基和亏数[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 李丹;周传心;韩忠旭;;高阶不等容环节代数等价观测器转换方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 曹春红;张斌;王利民;李文辉;;基于免疫神经网络的几何约束求解技术的研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 阮晓钢;刘江;狄海江;李欣源;;两轮自平衡机器人设计及LQ控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 赵建玉;高慧;贾磊;;基于Elman神经网络的短时交通流预测模型[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 田行伟;石莹;;带相关噪声的非方广义系统降阶Kalman递推滤波器[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
9 马宗文;许学工;;基于集中度与集中期的黄河上游径流年内分配特征[A];黄河流域资源环境与生态文明建设学术研讨会交流材料[C];2011年
10 杨阳;陈宗海;张海涛;;复杂系统仿真的前端智能化综述[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李建平;面向异构数据源的网络安全态势感知模型与方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 雷亚辉;水下目标的时间反转法声探测技术应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 苏晓宏;海杂波的特性分析与目标检测处理[D];大连海事大学;2010年
5 倪丽萍;基于分形技术的金融数据分析方法研究[D];合肥工业大学;2010年
6 郑大腾;柔性坐标测量机空间误差模型及最佳测量区研究[D];合肥工业大学;2010年
7 陈为真;大型结构振动信号处理与模态参数识别研究[D];华中科技大学;2010年
8 王栋;随机与混沌神经放电节律的时间序列分析[D];陕西师范大学;2010年
9 胡爱花;混沌同步的有关问题研究[D];江南大学;2010年
10 周茜;混沌理论及应用若干问题的研究[D];南开大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张蛟龙;平面二级倒立摆的控制策略研究[D];河南理工大学;2010年
2 武文宾;冲击地压的非线性岩梁混沌动力学分析[D];山东科技大学;2010年
3 王义;随机系统的稳定性控制[D];山东科技大学;2010年
4 曹永超;超混沌系统的生成及同步控制研究[D];山东科技大学;2010年
5 迟子孟;非线性系统降维观测器设计研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
6 张莉;n-GaAs中的混沌研究[D];长春理工大学;2010年
7 赵云;心律失常的心电监护与辅助诊断系统[D];郑州大学;2010年
8 贺莉;基于Matlab的永磁直线同步电机混沌系统研究[D];郑州大学;2010年
9 许红珍;不确定混沌系统同步方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 陈海艳;分数阶混沌系统的同步控制[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 栾元重,范玉红,薛利兵,薛怀军,祝仰民;地表移动趋势项预测模型的研究[J];地下空间;2004年01期
2 凌同华;彭欣;李夕兵;;软岩巷道变形的混沌研究[J];地下空间与工程学报;2007年03期
3 姚智胜;邵春福;高永亮;;基于支持向量回归机的交通状态短时预测方法研究[J];北京交通大学学报;2006年03期
4 胡广生;臧保将;商朋见;;股市时间序列的非线性分析[J];北京交通大学学报;2006年06期
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6 夏新涛;陈晓阳;张永振;王中宇;;两个数据序列的灰关系及其工程应用的两个例子[J];兵工学报;2008年01期
7 姜桂艳;常安德;牛世峰;丛玉良;程德明;王秋兰;;基于BP神经网络的交通数据序列动态可预测性分析方法[J];北京工业大学学报;2011年07期
8 朱春梅;徐小力;张建民;;基于混沌时间序列的旋转机械状态趋势预测研究[J];北京机械工业学院学报;2006年04期
9 吕砚山,赵正琦;BP神经网络的优化及应用研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2001年01期
10 黎敏;徐金梧;阳建宏;杨德斌;;基于多变量相重构的混沌时间序列预测[J];北京科技大学学报;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 张家海;徐耀群;;基于多层前向神经网络的混沌算法研究[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
2 舒赛刚;任雪梅;陈杰;;模糊神经网络在混沌预测中的应用[A];第二十届中国控制会议论文集(下)[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卜云;混沌时间序列自适应预测算法研究[D];电子科技大学;2010年
2 戈志华;基于非线性理论的汽轮机轴系振动故障研究[D];华北电力大学;2000年
3 陈彦辉;雷达信号检测的分形方法研究[D];西安电子科技大学;2000年
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5 康士峰;地海面微波散射和传播特性研究及其在雷达和遥感中的应用[D];西安电子科技大学;2000年
6 向小东;基于神经网络与混沌理论的非线性时间序列预测研究[D];西南交通大学;2002年
7 朱昀;水声信号非线性分析方法研究[D];西北工业大学;2002年
8 赵小梅;混沌预测与混沌优化理论与算法研究[D];浙江大学;2002年
9 赵宏钟;毫米波多卜勒制导雷达信号处理方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
10 郑丽颖;混沌神经网络及模糊混沌神经网络的研究与应用[D];哈尔滨工程大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑振华;输电线路覆冰厚度智能识别软件开发[D];太原理工大学;2011年
2 荣腾中;基于混沌理论的时间序列分析[D];西南交通大学;2003年
3 周爱红;汽轮机状态监测与故障智能诊断系统[D];重庆大学;2003年
4 王凤英;基于混沌理论的数字图像加密算法研究[D];燕山大学;2004年
5 顾国生;序列分布混沌的拓广[D];华南师范大学;2004年
6 张焱;知识发现在金融反洗钱领域中的应用研究[D];合肥工业大学;2004年
7 姜琳峰;语音增强技术的研究及应用[D];武汉大学;2004年
8 马莉莉;中国股票市场非线性的实证与应用研究[D];武汉大学;2004年
9 朱孔敏;成对角接触球轴承摩擦力矩测量仪研制[D];合肥工业大学;2004年
10 李稳安;基于混沌时间序列的复杂机械系统故障特征提取与状态预报[D];东南大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨超;王志伟;;公路隧道通风技术现状及发展趋势[J];地下空间与工程学报;2011年04期
2 马明;李松;;基于遗传算法优化混沌神经网络的股票指数预测[J];商业研究;2010年11期
3 文鸿雁;王成;袁昌茂;王新桥;;变形系统的混沌化研究[J];测绘科学;2011年06期
4 郑佳;文鸿雁;袁昌茂;李超;;基于混沌特性的滑坡监测序列的小波去噪[J];城市勘测;2011年03期
5 陈绘画;王坚娅;杨胜利;;马尾松蛀干类害虫林间种群数量混沌特性的识别[J];东北林业大学学报;2010年11期
6 袁昌茂;文鸿雁;;变形监测数据的混沌现象分析[J];地理空间信息;2012年01期
7 吴骞;吴绍春;;基于离群分析的水位异常识别研究[J];硅谷;2010年24期
8 朱玉;赵卿;梅艳;;混沌免疫优化RBF网络在动态变形预测中的应用[J];大地测量与地球动力学;2012年05期
9 梁岩;鲍长春;夏丙寅;何玉文;周璇;李娜;;基于高斯混合模型的压缩域语音增强方法[J];电子学报;2012年10期
10 吴朝平;;第三方在线支付业务的洗钱风险及反洗钱监管研究[J];南方金融;2012年10期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 裴利军;高亚飞;;指数二分法在近恒同混沌系统同步中应用[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵金宪;复杂系统脆性理论在煤矿生产系统脆性风险评价中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 郭熙业;主动声呐海底混响信号的合成方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
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4 叶红云;面向金融营销问题的个性化推荐方法研究[D];合肥工业大学;2011年
5 杨鹏;离群检测及其优化算法研究[D];重庆大学;2010年
6 朱敏;电子系统内建自测试技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 王正帅;老采空区残余沉降非线性预测理论及应用研究[D];中国矿业大学;2011年
8 孙伟;基于泄漏量监测的减压阀泄漏预测模型研究[D];上海交通大学;2012年
9 周诚;地铁盾构施工地表变形时空演化规律与预警研究[D];华中科技大学;2011年
10 贺琳;基于数据挖掘的道路运行安全风险分析[D];大连海事大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐小任;基于BP神经网络的城镇网络地价评估模型研究[D];广西师范学院;2010年
2 董景均;导航雷达信号采集及目标提取技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 陈亮;基于混沌理论的船舶电力系统预测模型研究[D];武汉理工大学;2011年
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6 崔巍平;新疆低碳经济发展情景分析与对策研究[D];新疆大学;2011年
7 闻靓;基于小波神经网络和STAR的股指预测方法研究[D];华南理工大学;2011年
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9 万涛;股票价格的多重分形分析及其预测研究[D];安徽大学;2011年
10 董广;基于异常知识发现和增量学习的银行反洗钱系统设计[D];杭州电子科技大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 吕宪国,张为中;'98嫩江、松花江洪水与流域综合管理[J];地理科学;1999年01期
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10 金龙,秦伟良,姚华栋;多步预测的小波神经网络预报模型[J];大气科学;2000年01期
【相似文献】
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8 本报记者 刘松柏;“超级月球”引发地震不成立[N];经济日报;2011年
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10 白毅;我国计算生物学研究取得重要进展[N];中国医药报;2007年
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1 席剑辉;混沌时间序列的长期预测方法研究[D];大连理工大学;2005年
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4 尚梅;中国建造价格水平预测研究[D];西安建筑科技大学;2005年
5 杨正瓴;时间序列中的混沌判定、预报及其在电力系统中的应用[D];天津大学;2003年
6 张晓伟;水文动力系统自记忆特性及其应用研究[D];西安理工大学;2009年
7 倪丽萍;基于分形技术的金融数据分析方法研究[D];合肥工业大学;2010年
8 张永林;车辆道路数值模拟与仿真研究[D];华中科技大学;2010年
9 崔亚强;沪深300股指内在复杂性分析及预测研究[D];天津大学;2010年
10 甘建超;混沌信号处理在雷达和通信对抗中的应用[D];电子科技大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李众;基于BP网络的混沌时间序列预测的研究[D];中北大学;2008年
2 梁景波;混沌时间序列一种长期预测方法研究[D];辽宁科技大学;2012年
3 冯云;一种基于神经网络和多元统计分析的动态预测建模方法[D];哈尔滨工程大学;2005年
4 王丽敏;两类模糊随机时间序列预测方法[D];河北大学;2001年
5 樊碧波;基于全矢谱的故障预测关键技术研究[D];郑州大学;2010年
6 陈顺财;基于支持向量机的时间序列预测研究[D];兰州理工大学;2008年
7 张亚琦;基于改进回声状态网络的混沌时间序列多步预测[D];兰州大学;2010年
8 华来庆;时间序列分析在短周期高发病率事件预测中的应用研究[D];第二军医大学;2005年
9 王殿元;企业自备铁路车辆部件信息管理与预测系统的开发[D];沈阳工业大学;2007年
10 康波;上证综合指数的预测方法及其实证研究[D];电子科技大学;2005年
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