Quelqu'un peut-il expliquer la déformation temporelle dynamique pour déterminer la similitude des séries chronologiques?


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J'essaie de saisir la mesure de déformation temporelle dynamique pour comparer les séries temporelles ensemble. J'ai trois séries de données chronologiques comme celle-ci:

T1 <- structure(c(0.000213652387565, 0.000535045478866, 0, 0, 0.000219346347883, 
0.000359669104424, 0.000269469145783, 0.00016051364366, 0.000181950509461, 
0.000385579332948, 0.00078170803205, 0.000747244535774, 0, 0.000622858922454, 
0.000689084895259, 0.000487983408564, 0.000224744353298, 0.000416449765747, 
0.000308388157895, 0.000198906016907, 0.000179549331179, 9.06289650172e-05, 
0.000253506844685, 0.000582896161212, 0.000386473429952, 0.000179839942451, 
0, 0.000275608635737, 0.000622665006227, 0.00036075036075, 0.00029057097196, 
0.000353232073472, 0.000394710874285, 0.000207555002076, 0.000402738622634, 
0, 0.000309693403531, 0.000506521463847, 0.000226988991034, 0.000414164423276, 
9.6590360282e-05, 0.000476689865573, 0.000377572210685, 0.000378967314069, 
9.25240562546e-05, 0.000172309813044, 0.000447627573859, 0, 0.000589333071408, 
0.000191699415317, 0.000362943471554, 0.000287549122975, 0.000311688311688, 
0.000724112961622, 0.000434656621269, 0.00122292103424, 0.00177549812586, 
0.00308008213552, 0.00164338537387, 0.00176056338028, 0.00180072028812, 
0.00258939580764, 0.00217548948513, 0.00493015612161, 0.00336344416683, 
0.00422716412424, 0.00313360554553, 0.00540144648906, 0.00425728829246, 
0.0046828437633, 0.00397219463754, 0.00501656412683, 0.00492700729927, 
0.00224424911165, 0.000634696755994, 0.00120550276557, 0.00125313283208, 
0.00164551010813, 0.00143575017947, 0.00237006940918, 0.00236686390533, 
0.00420336269015, 0.00329840900272, 0.00242005185825, 0.00326554846371, 
0.006217237596, 0.0037103784586, 0.0038714672861, 0.00455830066551, 
0.00361747518783, 0.00304147465438, 0.00476801760499, 0.00569875504121, 
0.00583855136233, 0.0050566695728, 0.0042220072126, 0.00408237321963, 
0.00255222610833, 0.00123507616303, 0.00178136133508, 0.00147434637311, 
0.00126742712294, 0.00186590371937, 0.00177226406735, 0.00249154653853, 
0.00549127279859, 0.00349072202829, 0.00348027842227, 0.00229555236729, 
0.00336862367661, 0.00383477593952, 0.00273999412858, 0.00349618180145, 
0.00376108175875, 0.00383351588171, 0.00368928059028, 0.00480028982882, 
0.00388823582602, 0.00745054380406, 0.0103754506287, 0.00822677278011, 
0.00778350981989, 0.0041831792162, 0.00537228238059, 0.00723645609231, 
0.0144428396845, 0.00893333333333, 0.0106231171714, 0.0158367059652, 
0.01811729548, 0.0207095263821, 0.0211700064641, 0.017604180993, 
0.0165804327375, 0.0188679245283, 0.0191859923629, 0.0269251008595, 
0.0351239669421, 0.0283510318573, 0.0346557651212, 0.0270022042616, 
0.0260845175767, 0.0349758630112, 0.0207069247809, 0.0106362024818, 
0.00981093510475, 0.00916507201128, 0.00887198986058, 0.0073929115025, 
0.00659077291791, 0.00716191546131, 0.00942304513143, 0.0106886280007, 
0.0123527175979, 0.0171022290546, 0.0142909490656, 0.0157642220699, 
0.0265140538974, 0.0194395354708, 0.0241685144124, 0.0229897123662, 
0.017921889568, 0.0155115839714, 0.0145263157895, 0.017609281127, 
0.0157671315949, 0.0190258751903, 0.0138453217956, 0.00958058335108, 
0.0122924304507, 0.00929741151611, 0.00885235535884, 0.00509319462505, 
0.0061314863177, 0.0063104189044, 0.00729117134253, 0.010843373494, 
0.0217755443886, 0.0181687353841, 0.0155402963498, 0.017310022503, 
0.0214746959003, 0.026357827476, 0.0194751217195, 0.0196820590462, 
0.0184317400812, 0.0130208333333, 0.0128666035951, 0.0120045731707, 
0.0122374253228, 0.00874940561103, 0.0114368092263, 0.00922893718369, 
0.00479041916168, 0.00644107774653, 0.00775830595108, 0.00829578041786, 
0.00681348095875, 0.00573782551125, 0.00772002058672, 0.0112488083889, 
0.00908907291456, 0.0157722638969, 0.00994270306707, 0.0134179772039, 
0.0126050420168, 0.0113648781554, 0.0153894803415, 0.0126959699913, 
0.0116655865198, 0.0112065745237, 0.0122006737686, 0.010251878038, 
0.010891174691, 0.0148273273273, 0.0138516532618, 0.0136552722011, 
0.00986993819758, 0.0097852677358, 0.00889011089726, 0.00816723383568, 
0.00917641660931, 0.00884466556108, 0.0182179529646, 0.0183156760639, 
0.0217806648835, 0.0171099125907, 0.0186579938377, 0.019360390076, 
0.0144603654529, 0.0177730696798, 0.0153226598566, 0.0134016909516, 
0.0126480805202, 0.0115501519757, 0.0127156322248, 0.0124326204138, 
0.0240245215806, 0.0130234933606, 0.0144222706691, 0.00854005693371, 
0.0053560967445, 0.00504132231405, 0.00288778877888, 0.00593526847816, 
0.00455653279644, 0.00433014040152, 0.00535770564135, 0.0131095962244, 
0.0126319758673, 0.0154982879798, 0.0125940464508, 0.0169948745616, 
0.0257535512184, 0.0256175663312, 0.0265191262043, 0.0228974403622, 
0.0193122555411, 0.0165794768612, 0.015658837248, 0.0168208578638, 
0.0129912843282, 0.0119498443154, 0.0112663755459, 0.00838112042347, 
0.00925767186696, 0.0113408269771, 0.0210861519924, 0.0156036134684, 
0.0121687119728, 0.011006497812, 0.0107891491985, 0.0134615384615, 
0.0147229755909, 0.015756893641, 0.0176257128046, 0.016776075857, 
0.0169553999263, 0.0179193118984, 0.0190055672874, 0.0183088625509, 
0.0155489923558, 0.0152507401094, 0.0160748342567, 0.0161532350605, 
0.0139190952588, 0.0161469457497, 0.0118186629035, 0.0109259765092, 
0.00950587391265, 0.00928986154533, 0.00815520645549, 0.00702576112412, 
0.00709539362541, 0.00827287768869, 0.0104688211197, 0.0130375888927, 
0.0160891089109, 0.0188415910677, 0.0203265044814, 0.0183175033921, 
0.0139940353292, 0.0124648170487, 0.0131685758095, 0.00957428620277, 
0.0119647893342, 0.00835800104475, 0.0101892285298, 0.00904207699194, 
0.00772134522992, 0.00740740740741, 0.00776823249863, 0.00642254601227, 
0.00484237572883, 0.00361539964823, 0.00414811817078, 0.00358072916667, 
0.00433306007729, 0.00485008818342, 0.00905280804694, 0.00931847250137, 
0.00779271381259, 0.00779912497622, 0.00908230842006, 0.0058152538582, 
0.0102777777778, 0.00807537012113, 0.00648535564854, 0.0145492582731, 
0.00694127317563, 0.00759878419453, 0.00789242911429, 0.00635050701629, 
0.00785233530492, 0.00607964332759, 0.00531968282646, 0.00361944157187, 
0.00305157155935, 0.00276327909119, 0.00318820364651, 0.00184464029514, 
0.00412550211703, 0.00516567972786, 0.00463655399342, 0.00702897308418, 
0.0100714154917, 0.00791168353266, 0.00959190791768, 0.00736, 
0.00738007380074, 0.012573964497, 0.0117919562013, 0.00842919476398, 
0.00778887565289, 0.00623967700496, 0.0062232955601, 0.00447815755803, 
0.00511135450894, 0.00502557659517, 0.00330328263712), .Tsp = c(1, 
15.9583333333333, 24), class = "ts")

T2 <- structure(c(0, 0, 0, 0, 0.000109673173942, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 9.66183574879e-05, 0, 
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 9.43930526713e-05, 
0, 0, 0, 8.95255147717e-05, 0, 0, 0, 0, 0.000191699415317, 0.000207792207792, 
0, 0, 0, 0.00019727756954, 0.000205338809035, 0.000205423171734, 
0.000704225352113, 0.000450180072029, 0.000493218249075, 0.000120860526952, 
0.000410846343468, 0.000384393619066, 0.000643264105863, 0.000189915487608, 
0.000915499404925, 0.000185099490976, 0.000936568752661, 0.000451385754266, 
0.000757217226692, 0.000273722627737, 0.000187020759304, 0.000211565585331, 
0.000141823854772, 9.63948332369e-05, 0.000117536436295, 0.000287150035894, 
0, 0, 0.000400320256205, 0.000388048117967, 0.000345721694036, 
0.000296868042155, 0.000609533097647, 0.000424043252412, 0.000290360046458, 
0.000546996079861, 0.000556534644282, 0.00036866359447, 0.000275077938749, 
0.000964404699281, 0.00152310035539, 0.00113339145597, 0.00061570938517, 
0.000362877619523, 0.000472634464505, 0.000102923013586, 0.000187511719482, 
0.000294869274622, 0.00011522064754, 0.000248787162582, 0, 0.00035593521979, 
0.000392233771328, 0.000551166636046, 0.000165727543918, 0.000143472022956, 
0.00012030798845, 0.000438260107374, 0.000195713866327, 0.000184009568498, 
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0.00160832544939, 0.0015243902439, 0.00240894199268, 0.00218735140276, 
0.00230658337338, 0.00188548179022, 0.0016582220175, 0.00263086274154, 
0.00155166119022, 0.00204834084392, 0.00194670884536, 0.00308959835221, 
0.00154400411734, 0.00152526215443, 0.00343364976772, 0.00269282554337, 
0.00235928547354, 0.00230846919636, 0.00300120048019, 0.00327833023713, 
0.00347844418678, 0.00259690295277, 0.00157392833997, 0.00345536047815, 
0.00336884275699, 0.0023862129916, 0.00216094735932, 0.00478603603604, 
0.00330652368186, 0.00551636824019, 0.00313624204409, 0.00253692126484, 
0.00201631381175, 0.00243072435586, 0.00229410415233, 0.00386954118297, 
0.00298111957602, 0.00305261267732, 0.0038211692778, 0.00334759159383, 
0.00479287915098, 0.0045891294995, 0.00525831471014, 0.00800376647834, 
0.0076613299283, 0.00638604065479, 0.00587868531219, 0.00633955709944, 
0.00453494575849, 0.00617283950617, 0.00314804075884, 0.00425604358189, 
0.00536642629549, 0.00422936152908, 0.00234329232572, 0.00454545454545, 
0.00305280528053, 0.00389501993879, 0.0040267034015, 0.00275554389188, 
0.00409706901986, 0.00506904387345, 0.0065987933635, 0.00594701748063, 
0.00343473994112, 0.00579983814405, 0.00750664048966, 0.00365965233303, 
0.00467423447486, 0.00348250043531, 0.00464471968709, 0.00603621730382, 
0.00358154256205, 0.00445752733389, 0.00501562243052, 0.0035344609947, 
0.00410480349345, 0.00467578297309, 0.00265729470255, 0.00210758731433, 
0.00223771408899, 0.00218998083767, 0.00309374033206, 0.00291738496221, 
0.00184956843403, 0.00297202797203, 0.00329329717164, 0.00318889514162, 
0.00397442543632, 0.00481400437637, 0.002580169554, 0.00440303092361, 
0.00335956997504, 0.00318415000884, 0.00269284225156, 0.00242217637032, 
0.00381436745073, 0.00238326418925, 0.0037407568508, 0.00290474156343, 
0.00335156112189, 0.00227624510607, 0.00376647834275, 0.00223313979455, 
0.00197441840501, 0.00214676034348, 0.00225250591283, 0.00140002545501, 
0.0034896070399, 0.00220115137149, 0.002828854314, 0.00418702023726, 
0.00176056338028, 0.00393487109905, 0.00217939894471, 0.00331724969843, 
0.00234508884279, 0.00282099504189, 0.00239295786685, 0.00269893783737, 
0.00263828238719, 0.00250671441361, 0.00231640356898, 0.00231481481481, 
0.00127947358801, 0.0017254601227, 0.00207530388378, 0.00185655657612, 
0.00131525698098, 0.00227864583333, 0.0018737557091, 0.00220458553792, 
0.00184409052808, 0.00109629088251, 0.00253263198909, 0.00228267072475, 
0.00170293282876, 0.00134198165958, 0.000833333333333, 0.00269179004038, 
0.00198744769874, 0.00209205020921, 0.00146132066855, 0.00113981762918, 
0.00185131053298, 0.00194612311789, 0.00203956761167, 0.00111460127673, 
0.00170631335943, 0.00186142709411, 0.00183094293561, 0.00194452973084, 
0.0014944704593, 0.00153720024595, 0.00184561936815, 0.00151190626181, 
0.000897397547113, 0.00222869878279, 0.00201428309833, 0.00202391904324, 
0.00244157656087, 0.00256, 0.00184501845018, 0.00160256410256, 
0.00115813855549, 0.0016858389528, 0.001741042793, 0.0026610387227, 
0.00167193015047, 0.00201060135259, 0.00219058050383, 0.00233330341919, 
0.000963457435827), .Tsp = c(1, 15.9583333333333, 24), class = "ts")

Je sais que T1 et T2 sont corrélés et les considèrent comme une vérité fondamentale, donc toute métrique de distance devrait me dire que (T1, T2) sont plus proches que (T2, T3) et (T1, T3). Cependant, lorsque dtwj'utilise dans R, j'obtiens ce qui suit:

> dtw(T1, T2, k = TRUE)$distance; dtw(T1, T3, k = TRUE)$distance; dtw(T3, T2, k = TRUE)$distance
[1] 1.107791
[1] 1.568011
[1] 0.4102962

Quelqu'un peut-il expliquer comment utiliser Dynamic Time Warping pour les requêtes du plus proche voisin?


1
Pourriez-vous expliquer ce que vous entendez par "requête du plus proche voisin" dans ce contexte et comment elle est liée à dtw?
whuber

@whuber: Mon impression de DTW était qu'il s'agit d'une mesure de distance pour les séries chronologiques. Et il y a cet article qui indique que: Faster Retrieval with a Two-Pass Dynamic-Time-Warping Lower Boundpar Daniel Lemire et. al avec le code fourni sur code.google.com/p/lbimproved Cependant, j'essaie de comprendre cette statistique avant de l'utiliser.
Légende

Réponses:


22

La déformation temporelle dynamique fait une hypothèse particulière sur votre ensemble de données: un vecteur est une série non linéaire étirée dans le temps de l'autre. Mais cela suppose également que les valeurs réelles sont sur la même échelle.

x=1..10000a(x)=1sin(0.01x)b(x)=1sin(0.01234x)c(x)=1000sin(0.01x)

abacacab

DTW n'est pas votre arme magique pour résoudre tous vos besoins de correspondance de séries chronologiques. Il fait des hypothèses particulières sur le type de similitude qui vous intéresse . Si cela ne correspond pas à vos données, cela ne fonctionnera pas bien. À en juger par la série de données que vous avez partagée, vous n'avez pas besoin d'alignement temporel (ce que fait DTW), mais en fait d'une normalisation appropriée et peut-être de transformations de Fourier à la place. Les distances de franchissement de seuil pourraient également vous convenir, voir par exemple:

  • Recherche de similarité sur des séries chronologiques basées sur des requêtes de seuil
    Johannes Aßfalg, Hans-Peter Kriegel, Peer Kröger, Peter Kunath, Alexey Pryakhin et Matthias Renz, EDBT 2006

+1 Merci pour vos suggestions. Pourriez-vous également m'orienter vers des travaux sur les transformations de Fourier? Et enfin, je me demandais - y a-t-il des implémentations pratiques que je peux essayer? Je veux dire, certaines bases de données qui implémentent réellement cela en action.
Légende

1
En cherchant plus à ce sujet, je suis tombé sur le travail de représentation symbolique SAX de Keogh et. al d'Univ. de Riverside. Auriez-vous des commentaires à ce sujet?
Legend

Un ami a expérimenté SAX pour les séries chronologiques de mouvement (c.-à-d. Classification de mouvement). Cela n'a pas fonctionné pour lui. C'est pourquoi je ne l'ai pas suggéré. Keogh produit des papiers comme des fous, mais ils ne sont pas très convaincants à mon humble avis. Il doit avoir proposé au moins 10 fuctions à distance pour les séries chronologiques, qui bien sûr se surpassent toutes.
A QUIT - Anony-Mousse

2
@Anony Je prends ombrage avec «Keogh produit des papiers comme des fous, mais ils ne sont pas très convaincants à mon humble avis. Il doit avoir proposé au moins 10 fonctions de distance pour les séries temporelles, qui bien sûr se surpassent toutes. »Je n'ai PAS proposé« au moins 10 fonctions de distance pour les séries temporelles ». Je préconise fortement 2 fonctions de distance pour les séries chronologiques 1) Distance euclidienne (ED): deux mille ans 2) DTW: 50 ans Ces deux mesures sont utilisées dans 90% de mes articles, et je n'ai ni proposé ni inventé non plus. J'ai proposé des modifications mineures à la fois ED et DTW. Vous dites "ils ne sont pas très convaincants à mon humble avis.". ...

2
Je teste avec des expériences reproductibles sur tous les ensembles de données publics dans le monde et je donne tout mon code. Peut-être que certaines personnes ont du mal à utiliser l'une de mes idées, mais plus de 2 000 personnes ont utilisé avec succès l'une de mes idées (appuyez sur Google), alors le problème ne vient peut-être pas des idées.

4

Dans les années 1980, la déformation temporelle dynamique était la méthode utilisée pour l'appariement de modèles dans la reconnaissance vocale. L'objectif était d'essayer de faire correspondre des séries chronologiques de discours analysé à des modèles stockés, généralement de mots entiers. La difficulté est que les gens parlent à des rythmes différents. DTW a été utilisé pour enregistrer le modèle inconnu dans le modèle. Il a été appelé "feuille de caoutchouc" correspondant. Fondamentalement, vous recherchez parmi certaines possibilités limitées de la façon dont les séries temporelles peuvent être étirées localement pour optimiser l'ajustement global. Cette approche s'est avérée être à peu près la même chose que les modèles Markov cachés.


4

Tout d'abord, vous dites «métrique de déformation temporelle dynamique», mais DTW est une mesure de distance, mais pas une métrique (il n'obéit pas à l'inégalité triangulaire).

L'article [a] compare DTW à 12 alternatives sur 43 jeux de données, DTW fonctionne vraiment très bien pour la plupart des problèmes.

Si vous souhaitez en savoir plus sur DTW, vous pouvez consulter le didacticiel Keoghs http://www.cs.ucr.edu/~eamonn/Keogh_Time_Series_CDrom.zip (avertissement de 500 mégapixels)

Le col est chevillé.

Il y a aussi un tutoriel sur SAX http://www.cs.ucr.edu/~eamonn/SIGKDD_2007.ppt

[a] Xiaoyue Wang, Hui Ding, Goce Trajcevski, Peter Scheuermann, Eamonn J. Keogh: Comparaison expérimentale des méthodes de représentation et des mesures de distance pour les données de séries chronologiques CoRR abs / 1012.2789: (2010)


+1 Merci beaucoup pour votre réponse. J'ai apporté des corrections à ma question. À ce jour, je comprends que vous êtes un pionnier des séries chronologiques. Ce serait formidable si vous avez des suggestions sur mon cas spécifique que j'ai mises dans l'un des commentaires: Les données de série chronologique que j'ai sont d'un réseau interne de type Twitter et la série elle-même représente le nombre de messages générés sur un particulier sujet. Je veux trouver d'autres sujets qui ont une chronologie similaire à celle donnée. Merci encore pour votre temps.
Legend
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