МЕТОД "ГУСЕНИЦА" - НЕТРАДИЦИОННЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА И ПРОГНОЗА ПОВЕДЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Солнцев В. Н.
НИИ математики и механики Санкт-Петербургского госуниверситета, 198904 Санкт-Петербург, Ст. Петергоф
В последние годы при исследовании
процессов в природных и искусственных многокомпонентных регуляторных
системах наряду с традиционными методами, такими как спектральный
и авторегрессионный анализы, все большее применение находят новые
методы: вейвлет-анализ и нейронные сети. В этом ряду стоит и метод
"Гусеница", впервые предложенный в 1971 г. в ЛГУ О.М.
Калининым. Схожие по структуре методы развиваются также в МГУ
В.М. Бухштабером и в Университете Лос-Анджелеса (метод SSA). В
настоящее время метод доведен до компьютерной реализации на ПК
и продолжается его теоретическое изучение. Основная идея метода
состоит в представлении временного ряда в виде последовательности
векторов достаточно большой размерности с дальнейшим анализом
линейной структуры их совокупности как реализации многомерной
случайной величины c помощью метода главных компонент. Такой анализ
дает фактически разложение исходной функции, порождающей временной
ряд, в аналог ряда Фурье по базису, порожденному самой функцией.
В случае вырожденности системы многомерных векторов можно утверждать
о существовании внутренних линейных связей между значениями процесса.
Формально это выражается в том, что временной ряд удовлетворяет
линейному разностному уравнению с постоянными коэффициентами.
Это представление позволяет естественным образом строить прогноз
исходного ряда и анализировать многомерные временные ряды. Для
временных рядов, полученных из периодических функций, метод дает
результаты, близкие к результатам гармонического анализа Фурье.
Для достаточно длинных рядов со случайной составляющей метод ведет
себя аналогично линейному согласованному фильтру, настроенному
на стохастическую структуру исходного ряда и позволяет выделять
медленные тренды и обнаруживать изменения внутренней структуры
исходного процесса. Эффективно применение метода к процессам,
допускающим представление в виде суммы полиномиальных, экспоненциальных
и периодических составляющих на фоне шума, таким как электрокардиограммы
и электроэнцефалограммы. Интерактивная реализация этого метода
на современных персональных компьютерах с использованием их графических
возможностей позволяет получать содержательную интерпретацию результатов.