Анализ естественного времени

Анализ естественного времени — это статистический метод, применяемый для анализа сложных временных рядов и критических явлений , основанный на подсчете событий как мере «времени», а не времени часов . Концепция естественного времени была введена П. Варотсосом , Н. Сарлисом и Э. Скордасом в 2001 году. Анализ естественного времени в основном применялся для прогнозирования землетрясений. / прогноз текущей погоды и, во-вторых, внезапной сердечной смерти / сердечная недостаточность и финансовые рынки . Природные временные характеристики считаются уникальными.

Этимология

«Естественное время» — это новый взгляд на время, представленный в 2001 году. оно не является непрерывным, в отличие от обычного времени, которое находится в континууме действительных чисел , а вместо этого его значения образуют счетные множества как натуральные числа .

Определение

времени каждое событие характеризуется двумя терминами: «естественным временем» χ и энергией Qk _. В области естественного χ определяется как k / N , где k — натуральное число ( k -е событие), а N — общее количество событий во временной последовательности данных. Связанный термин p _k представляет собой отношение Q _k / Q _total , которое описывает дробную высвобождаемую энергию. Член κ ₁ представляет собой дисперсию в естественном времени:

$\kappa _{1}=\sum _{k=1}^{N}p_{k}(\chi _{k})^{2}-{\bigl (}\sum _{k=1}^{N}p_{k}\chi _{k}{\bigr )}^{2}$

где $\textstyle \chi _{k}=k/N$ и $\textstyle \ p_{k}={\frac {Q_{k}}{\sum _{n=1}^{N}Q_{n}}}$

Обращение времени

Обращение времени, в отличие от часового, применимо при изучении подхода системы к критичности с помощью анализа естественного времени. Например, считается, что живые системы функционируют далеко от равновесия , поскольку поток энергии пересекает их границы, в отличие от умерших организмов, у которых внутренние движущие силы отсутствуют. Хотя необратимость времени является фундаментальным свойством живой системы, состояние смерти более обратимо во времени посредством потока энергии через границы системы. Таким образом, критическое состояние системы можно оценить, применив анализ естественного времени после расчета энтропии как при нормальном потоке времени, так и при обращении времени, а также изучив разницу двух результатов.

(а) ЭКГ , на которой отмечены расстояния RR
(б) та же ЭКГ, что и (а), но считанная в естественном временном анализе
(в) ЭКГ в обычное время с разворотом времени
(г) ЭКГ при обращении времени в анализе естественного времени
Длина между расстояниями RR в условном времени приближенно рассматривается как энергия каждого импульса (события) при анализе естественного времени.

Приложения

Сейсмология

Прогноз землетрясений

Основная статья: Прогноз землетрясений

Анализ естественного времени первоначально был применен к методу VAN, чтобы повысить точность оценки времени предстоящего землетрясения, о котором было указано с помощью сейсмических электрических сигналов (SES). Метод считает SES действительным, когда κ ₁ = 0,070. Как только SES считается действительным, начинается второй анализ NT, в котором отмечаются последующие сейсмические (а не электрические) события, а регион делится на диаграмму Венна, по крайней мере, с двумя сейсмическими событиями на перекрывающийся прямоугольник. Когда κ ₁ приближается к значению κ ₁ = 0,070 для региона-кандидата, критическое сейсмическое событие считается неизбежным, т.е. оно произойдет через несколько дней или одну неделю или около того.

Прогноз землетрясений

Основная статья: Прогноз текущей погоды о землетрясениях

В сейсмологии прогноз текущей погоды — это оценка текущего динамического состояния сейсмологической системы. Оно отличается от прогнозирования, целью которого является оценка вероятности будущего события. но он также считается потенциальной основой для прогнозирования. Прогноз текущей погоды основан на модели цикла землетрясений , повторяющемся цикле между парами сильных землетрясений в географическом районе, на основе которого система оценивается с использованием естественного времени. Расчеты текущего прогноза дают «оценку потенциала землетрясения», оценку текущего уровня сейсмического прогресса.

Применительно к сейсмичности естественное время имеет следующие преимущества:

1. Декластеризация афтершоков не требуется, поскольку естественный отсчет времени одинаково действителен в любом случае афтершоков или фоновой сейсмичности.
2. Статистика естественного времени не зависит от уровня сейсмичности, поскольку величина b существенно не меняется.

Типичные области применения: сильные глобальные землетрясения и цунами , афтершоки и наведенная сейсмичность , наведенная сейсмичность на газовых месторождениях , сейсмический риск для мировых мегаполисов, изучение кластеризации крупных глобальных землетрясений, и т. д.

Кардиология

Анализ естественного времени экспериментально использовался для диагностики сердечной недостаточности. синдрома а также выявление пациентов с высоким риском внезапной сердечной смерти , даже при измерении исключительно частоты сердечных сокращений с помощью электрокардиографии или гораздо более недорогого и портативного оборудования (например, оксиметра ).

Экономика

Из-за сходства динамических характеристик землетрясений и финансовых рынков анализ естественного времени, который в основном используется в сейсмологии, был выбран для помощи в разработке выигрышных стратегий на финансовых рынках с обнадеживающими результатами.

Библиография

• Вароцос, Панайотис А.; Сарлис, Николас В.; Скордас, Эфтимиос С. (2011). Анализ естественного времени: новый взгляд на время; Предшествующие сейсмические электрические сигналы, землетрясения и другие сложные временные ряды . Берлин: Шпрингер. ISBN  978-3-642-16449-1 . OCLC   755081829 .