Naturlig tidsanalys

Naturlig tidsanalys är en statistisk metod som används för att analysera komplexa tidsserier och kritiska fenomen , baserat på händelseräkningar som ett mått på "tid" snarare än klocktiden . Naturlig tidskoncept introducerades av P. Varotsos , N. Sarlis och E. Skordas 2001. Naturlig tidsanalys har främst tillämpats på jordbävningsförutsägelse /nukastning och sekundärt på plötslig hjärtdöd / hjärtsvikt och finansmarknader . Naturliga tidsegenskaper anses vara unika.

Etymologi

"Naturlig tid" är en ny syn på tid som introducerades 2001 som inte är kontinuerlig, till skillnad från konventionell tid som är i kontinuumet av reella tal , utan istället bildar dess värden räknebara mängder som naturliga tal .

Definition

I den naturliga tidsdomänen kännetecknas varje händelse av två termer, den "naturliga tiden Qk " χ och energin . χ definieras som k / N , där k är ett naturligt tal (den k -te händelsen) och N är det totala antalet händelser i tidssekvensen av data. En besläktad term, p k , är förhållandet Q k / Q total , som beskriver den frigjorda fraktionella energin. Termen κ 1 är variansen i naturlig tid:

där och

Tidsomkastning

Tidsomkastning, i motsats till klocktid, är tillämplig när man studerar hur ett system förhåller sig till kritikalitet med naturlig tidsanalys. Levande system anses till exempel fungera långt ifrån jämvikt eftersom det finns ett flöde av energi som passerar deras gränser, i motsats till avlidna organismer där inre drivkrafter saknas. Medan tidsirreversibilitet är en grundläggande egenskap hos ett levande system, är dödstillståndet mer tidreversibelt med hjälp av energiflöde över systemets gränser. Således kan ett kritiskt tillstånd hos ett system uppskattas genom att tillämpa naturlig tidsanalys vid beräkning av entropin vid både normalt tidsflöde och tidsomkastning och studera skillnaden mellan de två resultaten.





(a) EKG där RR-avstånden är markerade (b) samma EKG plottat i (a) men avläst i naturlig tidsanalys (c) EKG vid konventionell tidpunktsreversering (d) EKG vid tidsomkastning i naturlig tidsanalys . längden mellan RR-avstånden i konventionell tid betraktas ungefär som energin för varje puls (händelse) i naturlig tidsanalys.

Ansökningar

Seismologi

Jordbävning nu

Inom seismologi är nowcasting uppskattningen av det aktuella dynamiska tillståndet för ett seismologiskt system. Den skiljer sig från prognoser som syftar till att uppskatta sannolikheten för en framtida händelse men den anses också vara en potentiell bas för prognoser. Nowcasting bygger på jordbävningscykelmodellen , en återkommande cykel mellan par av stora jordbävningar i ett geografiskt område, på vilken systemet utvärderas med hjälp av naturlig tid. Nowcasting-beräkningar ger "jordbävningspotentialpoängen", en uppskattning av den aktuella nivån av seismiska framsteg.

När den tillämpas på seismicitet har naturlig tid följande fördelar:

  1. Deklustering av efterskalv är inte nödvändigt eftersom naturlig tidsräkning är jämnt giltig i alla fall av efterskalv eller bakgrundsseismitet.
  2. Naturlig tidsstatistik är inte beroende av nivån av seismicitet, givet att b-värdet inte varierar signifikant.

Typiska tillämpningar är: stora globala jordbävningar och tsunamier , efterskalv och inducerad seismicitet , inducerad seismicitet vid gasfält , seismisk risk för globala megastäder, studier av klustring av stora globala jordbävningar, etc.

Jordbävningsförutsägelse

Naturlig tidsanalys har initialt tillämpats på VAN-metoden för att förbättra noggrannheten i uppskattningen av tiden för en kommande jordbävning som har indikerats inträffa av seismiska elektriska signaler (SES). Metoden anser att SES är giltigt när κ 1 = 0,070. När SES har bedömts vara giltiga startas en andra NT-analys där de efterföljande seismiska (istället för elektriska) händelserna noteras, och regionen delas upp som ett Venn- diagram med minst två seismiska händelser per överlappande rektangel. När κ 1 närmar sig värdet κ 1 = 0,070 för kandidatregionen anses en kritisk seismisk händelse vara nära förestående, dvs den kommer att inträffa inom några dagar till en vecka eller så.

Kardiologi

Naturlig tidsanalys har experimentellt använts för diagnos av hjärtsviktssyndrom samt för att identifiera patienter med hög risk för plötslig hjärtdöd, även när man enbart mäter hjärtfrekvensen, antingen med hjälp av elektrokardiografi eller mycket billigare och mer bärbar utrustning (dvs. oximeter ).

Ekonomi

På grund av likheterna mellan de dynamiska egenskaperna mellan jordbävningar och finansmarknader valdes naturlig tidsanalys, som främst används inom seismologi, för att hjälpa till att utveckla vinnande strategier på finansmarknaderna, med uppmuntrande resultat.

  1. ^ a b    Varotsos, PA; Sarlis, NV; Skordas, ES (2002). "Långdistanskorrelationer i de elektriska signalerna som föregår brott". Fysisk granskning E . 66 (1 Pt 1): 011902. Bibcode : 2002PhRvE..66a1902V . doi : 10.1103/PhysRevE.66.011902 . ISSN 1539-3755 . PMID 12241379 .
  2. ^ a b Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (bok), förord ​​och kapitel 2
  3. ^ a b P. Varotsos, N. Sarlis, E. Skordas (2001). "Spatio-temporal komplexitetsaspekter på sambandet mellan seismiska elektriska signaler och seismicitet" . Practica av Athens Academy . 76 : 294-321. {{ citera tidskrift }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
  4. ^ a b c d e   Rundle, JB; Turcotte, DL; Donnellan, A.; Ludwig, L. Grant; Luginbuhl, M.; Gong, G. (2016). "Nowcasting jordbävningar" . Jord- och rymdvetenskap . 3 (11): 480–486. Bibcode : 2016E&SS....3..480R . doi : 10.1002/2016EA000185 . ISSN 2333-5084 .
  5. ^ a b    Rundle, John B.; Luginbuhl, Molly; Khapikova, Polina; Turcotte, Donald L.; Donnellan, Andrea; McKim, Grayson (2020-01-01). "Sänder nu stora globala jordbävningar och tsunamikällor". Ren och tillämpad geofysik . 177 (1): 359–368. doi : 10.1007/s00024-018-2039-y . ISSN 1420-9136 . S2CID 133790229 .
  6. ^   Williams, Charles A.; Peng, Zhigang; Zhang, Yongxian; Fukuyama, Eiichi; Goebel, Thomas; Yoder, Mark, red. (2019). "Introduktion". Jordbävningar och multifaror runt Stillahavskanten, Vol. II . Pageoph Aktuella volymer. Birkhäuser Basel. ISBN 978-3-319-92296-6 .
  7. ^ a b     Rundle, John B.; Giguere, Alexis; Turcotte, Donald L.; Crutchfield, James P.; Donnellan, Andrea (2019). "Global Seismic Nowcasting Med Shannon Information Entropy" . Jord- och rymdvetenskap . 6 (1): 191–197. Bibcode : 2019E&SS....6..191R . doi : 10.1029/2018EA000464 . ISSN 2333-5084 . PMC 6392127 . PMID 30854411 .
  8. ^ a b c    Luginbuhl, Molly; Rundle, John B.; Turcotte, Donald L. (2019-01-14). "Statistiska fysikmodeller för efterskalv och inducerad seismicitet" . Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 377 (2136): 20170397. Bibcode : 2019RSPTA.37770397L . doi : 10.1098/rsta.2017.0397 . PMC 6282405 . PMID 30478209 .
  9. ^ a b c    Pasari, Sumanta (2019-04-01). "Nowcasting Earthquakes in the Bay of Bengal Region". Ren och tillämpad geofysik . 176 (4): 1417–1432. Bibcode : 2019PApGe.176.1417P . doi : 10.1007/s00024-018-2037-0 . ISSN 1420-9136 . S2CID 134896312 .
  10. ^ a b   Luginbuhl, Molly; Rundle, John B.; Turcotte, Donald L. (2018-11-01). "Naturlig tid och nusändning inducerade seismicitet vid Groningen-gasfältet i Nederländerna" . Geophysical Journal International . 215 (2): 753–759. Bibcode : 2018GeoJI.215..753L . doi : 10.1093/gji/ggy315 . ISSN 0956-540X .
  11. ^ a b    Luginbuhl, Molly; Rundle, John B.; Turcotte, Donald L. (2018-02-01). "Natural Time and Nowcasting Earthquakes: Are Large Global Earthquakes Temporally Clustered?". Ren och tillämpad geofysik . 175 (2): 661–670. Bibcode : 2018PApGe.175..661L . doi : 10.1007/s00024-018-1778-0 . ISSN 1420-9136 . S2CID 186239922 .
  12. ^ a b c    Rundle, John B.; Luginbuhl, Molly; Giguere, Alexis; Turcotte, Donald L. (2018-02-01). "Natural Time, Nowcasting and the Physics of Earthquakes: Estimation of Seismic Risk to Global Megacities". Ren och tillämpad geofysik . 175 (2): 647–660. arXiv : 1709.10057 . Bibcode : 2018PApGe.175..647R . doi : 10.1007/s00024-017-1720-x . ISSN 1420-9136 . S2CID 54169682 .
  13. ^ a b    Luginbuhl, Molly; Rundle, John B.; Hawkins, Angela; Turcotte, Donald L. (2018-01-01). "Nowcasting Earthquakes: A Comparison of Induced Earthquakes in Oklahoma and at the Geysers, California". Ren och tillämpad geofysik . 175 (1): 49–65. Bibcode : 2018PApGe.175...49L . doi : 10.1007/s00024-017-1678-8 . ISSN 1420-9136 . S2CID 134725994 .
  14. ^ a b c   Varotsos, PA; Sarlis, NV; Skordas, ES; Lazaridou, MS (2007-08-06). "Identifiera risken för plötslig hjärtdöd och specificera dess förekomsttid genom att analysera elektrokardiogram i naturlig tid". Bokstäver i tillämpad fysik . 91 (6): 064106. Bibcode : 2007ApPhL..91f4106V . doi : 10.1063/1.2768928 . ISSN 0003-6951 .
  15. ^ a b c    Sarlis, NV; Skordas, ES; Varotsos, PA (2009-07-01). "Hjärtfrekvensvariation i naturlig tid och 1/f "brus" " . EPL . 87 (1): 18003. Bibcode : 2009EL.....8718003S . doi : 10.1209/0295-5075/87/18003 . ISSN 0295-5075 . S2CID 122782584 .
  16. ^ a b c d Baldoumas, George; Peschos, Dimitrios; Tatsis, Giorgos; Chronopoulos, Spyridon K.; Christofilakis, Vasilis; Kostarakis, Panos; Varotsos, Panayiotis; Sarlis, Nicholas V.; Skordas, Efthimios S.; Bechlioulis, Aris; Michalis, Lampros K. (2019-11-05). "En prototyp av fotopletysmografi elektronisk enhet som skiljer kronisk hjärtsvikt från friska individer genom att tillämpa naturlig tidsanalys" . Elektronik . 8 (11): 1288. doi : 10.3390/electronics8111288 .
  17. ^ a b   Mintzelas, A.; Kiriakopoulos, K. (2016-01-01). "Naturlig tidsanalys på finansiella marknader" . Algoritmisk ekonomi . 5 (1–2): 37–46. doi : 10.3233/AF-160057 . ISSN 2158-5571 .
  18. ^ Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (bok), förord
  19. ^ Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (bok), sidorna 121 & 131
  20. ^ Varotsos, Sarlis & Skordas 2011 (bok), kapitel 7

Bibliografi

  •    Varotsos, Panayiotis A.; Sarlis, Nicholas V.; Skordas, Efthimios S. (2011). Naturlig tidsanalys: den nya synen på tid; Prekursoriska seismiska elektriska signaler, jordbävningar och andra komplexa tidsserier . Berlin: Springer. ISBN 978-3-642-16449-1 . OCLC 755081829 .
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Natural_time_analysis&oldid=1131278958 "