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专利号: 2020103190145
申请人: 北京工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于JSD的时序数据的离群点检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1.输入西气东输外壁通电位带有离群点的时序数据集M,其包含了1000组带有离群点的西气东输通电位时序数据;

步骤2.M中共有n条数据,每条数据中有k个点,点与点之间的时间间隔为t分钟;其中k的有效取值为:[100,200],t的有效取值为:[1,10];

步骤3.现在,将k个点进行遍历,从第二个点开始,到倒数第二个点结束,总计k‑2个点;

在执行具体项目时,k=144,k‑2=142;

步骤4.通过k‑2个点确认了每一个点的波动性,求和后得到总波动性,波动性数值取绝对值;之后将每一个波动和总波动进行归一化处理,得到k‑2个点的权重值WF;

步骤5.开始JSD算法,首先,将k‑2个点按照平均值;上平均值;下平均值进行标准化;以三个平均值作为分界线,将数据分为0,1,2,3四个级别,方便进行概率分布的统计;

步骤6.标准化完成后,将一天的数据,首和末数据不取,从第二个数据开始,倒数第二个数据结束,总共k‑2个点;并将每一个这样的点设置为遍历点;

步骤7.将这k‑2个点依次进行遍历;每一个点被选作分割点时,可以将片段分为两部分,对其中每一部分的点按照标准化结果,进行概率分布的统计;

步骤8.之后通过香农熵计算公式,计算每一个分割点两部分的香农熵差值;

步骤9.统计k‑2个点的香农熵差值;

步骤10.将k‑2个对应的点的WT权重值与其香农熵差值相乘,找到其中最大的乘积值;

步骤11.根据最大乘积值S‑max确认离群点;该最大值的索引index‑S就是离群点所在位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于JSD的时序数据的离群点检测方法,其特征在于,将带有离群点的时序数据按天读取,其中k=n,时间间隔每t=10分钟读取一个点,一天读取k个数据点,如下:

X=[X1,X2,X3,...,Xn](n=k)X表示某一天离群点波段的所有数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于JSD的时序数据的离群点检测方法,其特征在于,标准化方法为:

选取数据的平均值:

上平均值为:

下平均值为:

其中,Xa为平均数;Xu为上平均数;Xd为下平均数;

将这三个平均数作为分割点,将整个数据区域分为四块,分别用0,1,2,3来表示;意思就是时序数据肯定会落在4个区域其中之一,根据落下的位置区域,将对应的区域和0,1,2,

3进行匹配;得到标准化的X序列SS=[s1,s2,s3,...,sn](n=k)。

4.根据权利要求1所述的一种基于JSD的时序数据的离群点检测方法,其特征在于,对k*t,时间段内的数据依次遍历切割,将其分为两段:去掉第一个元素和最后一个元素,取其中k‑2个点,将每一个点作为分割点:Xs=[x1,x2,x3,...,xm](m=k‑2)其中,XS代表某一天内的所有分割点,通过量化分割点,将一天内的数据分为两个部分,如下:

Part1(xi)=[x1,x2,...,xi]Part2(xi)=[xi,xi+1,xi+2,...,xn](n=k)Part1表示被Xi分割的第一部分;Part2表示被Xi分割的第二部分。

5.根据权利要求1所述的一种基于JSD的时序数据的离群点检测方法,其特征在于,概率分布计算:

第一个Part1的公式表示由三种平均数4分后,得到的四种取值范围;这四种取值的概率分布值是多少,分别表示为:

同理,Part2的公式与Part1表示内容一样;

Number(Xu)表示在Xu范围内点的数量,Number(Part1(xi))表示Part1(Xi)部分所有点数量;Number(Part2(xi))表示Part2(xi)部分所有点数量,xi表示X中第i个分割点。

6.根据权利要求1所述的一种基于JSD的时序数据的离群点检测方法,其特征在于,概率权重计算:

其中,Number(Part1(Xi))表示Part1(Xi)部分所有点数量;Number(Part2(Xi))表示Part2(Xi)部分所有点数量,使用上面参数配置完Part1和Part2的权重;

将权重参数其对应的Part概率分布值相乘,构成两个如下的参数,这两个参数是下面计算香农熵非常重要的依据,其组合数量有:Number(Part1(xi))*Number(Part2(xi))接下来介绍参数公式为:

APart1=WPart1*Part1(xi,P)APart2=WPart2*Part2(xi,P)A part1表示Part1内概率与Part1权重乘积;A part2表示Part2内概率与Part2权重乘积;从A part1中获得q个值,从A part2中获得p个值;将A part1和A part2按照数量公式一共会产生q*p种结果。

7.根据权利要求1所述的一种基于JSD的时序数据的离群点检测方法,其特征在于,香农熵计算:

香农熵底数设置为2,香农熵计算公式如下:C=(APart1+APart2)*(log2(APart1+APart2))A=(APart1)*(log2(APart1))B=(APart2)*(log2(APart2))JensenShannon=C‑(A+B)香农熵计算公式如上,将上述公式中的q*p种组合分别带入Jensen_Shannon公式中,计算出q*p个香农熵值,将所有的香农熵值进行求和,得到Jensen_Shannon离散测度,简称JSD;JSD的计算公式如下:计算出在xi点作为分割点的JSD值,现在开始按照波动计算Xi点处波动的权重值W(xi):

根据W(xi)和JSD(xi),确认了最终的参数S,S由JSD和W共同构成,表示概率分布和波动率结合的综合指标参数;

S(xi)=JSD(xi)*W(xi)X中第i个分割xi得到的概率波动参数S(xi)。

8.根据权利要求1所述的一种基于JSD的时序数据的离群点检测方法,其特征在于,离群点计算:

根据k‑2个分割点,获得了k‑2个S(xi)概率波动参数,其中第g个参数所对应的S(xg)值最大;

G(xg)=max(S(xg))得到了某天的离群点时序数据中最大概率波动参数的S(xg),xg表示这一天内时序数据离群点的所在位置。