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通过Python对时间序列数据进行分类和聚类。

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简介:
可靠的手段可以用于确定两个时间序列是否具有相似性,一旦截取,便可利用k-NN算法进行分类。根据实践经验,最佳解决方案通常出现在k=1的情况下。接下来,我们将运用DTW欧氏距离的1-NN算法。在这一算法中,train数据集包含了时间序列示例的训练样本,并且每个时间序列所属的类别会被附加到该时间序列的末尾。test数据集则对应于相应的测试集,其所包含的类别正是我们期望预测的结果。在该算法框架下,对于测试集中每一个时间序列而言,每一次搜索都需要遍历整个训练集中的所有数据点,从而能够找到最多相似的时间序列。鉴于DTW算法具有二次方复杂度,计算过程会显著增加运行时间。为了提升分类算法的计算效率,我们可以借助LB Keogh下界方法进行优化。与运行DTW算法相比,计算机上执行LB Keogh方法的速度会大幅提升。此外,当采用LB...

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  • 使用Python实现
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    本项目运用Python编程语言,致力于时间序列数据的分析,通过实施先进的算法来完成时间序列的分类与聚类操作,为模式识别及数据分析提供强大支持。 判断两个时间序列是否相似的一种可靠方法是使用k-NN算法进行分类。根据经验,最优解通常出现在k=1的时候。因此,我们采用DTW欧氏距离的1-NN算法。在这个算法中,train表示包含多个时间序列示例的数据集,并且每个时间序列都标注了其所属类别;test则是我们需要预测类别的测试数据集。对于每一个在测试集中的时间序列,该方法需要遍历整个训练集合中的所有点以找到最相似的样本。 由于DTW(动态时间规整)算法计算复杂度为二次方,在大规模的数据上运行效率较低。为了提高分类速度,可以采用LB Keogh下界方法来加速这一过程。这种方法在评估两个序列之间的距离时比直接应用DTW要快得多,并且通常能够有效减少不必要的距离计算次数。
  • 析与应用:利用tslearn
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    本文章详细介绍了如何使用Python库tslearn对时间序列数据进行有效的预处理和聚类分析,适合数据分析及机器学习爱好者阅读。 使用tslearn的示例代码:对波形数据或时间序列数据进行聚类。 目的:利用Python机器学习库之一的tslearn执行波形聚类。这里我们采用KShape算法处理样本数据,并将簇数作为参数指定给该算法。由于事先检查过数据,已知存在两个类别,因此设置n_clusters=2 。确定最佳簇数的方法有多种,例如弯头法、BIC/AIC方法、GAP统计量和轮廓系数等。在本次示例中我们采用弯头法进行评估。
  • MATLAB-TS:在Matlab中
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    MATLAB-TS是一款专为Matlab设计的时间序列分类工具箱,它提供了一系列高效算法和实用函数,便于用户深入分析与挖掘时间序列数据中的模式和特征。 在MATLAB中进行时间序列分析是一种处理连续数据流或按时间顺序排列的数据点的重要方法。时间序列分类(Time Series Classification, TSC)是数据分析领域的一个关键任务,它涉及到将时间序列数据分配到预定义的类别中。 时间序列由一列数值组成,这些数值按照采集的时间顺序排列。在金融、医疗、工业监控、气象学和其他许多领域中,广泛使用了时间序列分析技术。MATLAB提供了强大的工具箱如Signal Processing Toolbox和Statistics and Machine Learning Toolbox来进行时间序列处理和分类。 1. **时间序列预处理**: 在进行时间序列分类之前,通常需要对原始数据进行预处理步骤,包括去除噪声、填充缺失值、平滑化以及标准化或归一化等。MATLAB提供了`detrend`函数来移除趋势,使用`fillmissing`函数填补丢失的数据,并通过`normalize`函数执行数据的标准化。 2. **特征提取**: 时间序列可以包含统计量(如均值和标准差)、自相关性、周期性和形状特性等多种类型的特征。MATLAB中的`mean` 和 `std` 函数可用于计算统计数据,而`corrcoef`用于计算自相关关系。此外,像`periodogram`或`pwelch`这样的函数可以进行频域分析,并且存在如专门的提取特定类型时间序列特征的函数。 3. **时间序列分割**: 分割有助于使数据更适合分类任务。常见的方法包括固定长度窗口、滑动窗口和分段等策略。MATLAB中的`timetable`结构体可用于轻松处理时间序列的数据片段划分。 4. **分类算法**: MATLAB提供了多种机器学习与统计学上的分类算法,如支持向量机(SVM)、决策树模型、随机森林方法、K近邻(KNN)以及神经网络等。这些算法的接口函数分别为`fitcsvm`、`fitctree`、`fitcknn`和`patternnet`. 5. **模型训练与评估**: 通过使用诸如 `fit` 系列函数来训练模型,然后利用预测函数如 `predict`. 使用交叉验证(例如,通过 `crossval` 函数)以及准确率、精确度、召回率和F1分数等性能指标可以对模型的效能进行评价。 6. **可视化**: MATLAB提供了强大的绘图功能,包括`plot`, `plotyy`, 和 `imagesc` 等函数用于展示时间序列数据及分类结果,帮助理解模型的表现情况。 7. **时间序列挖掘**: 除了基本的时间序列分类任务外,MATLAB还支持更复杂的功能如异常检测(例如使用`anomalyDetection` 函数)、模式识别和预测等高级应用。 这个matlab-ts-master项目可能包含了实现上述步骤的示例代码,有助于用户更好地理解和运用时间序列分类技术。通过学习这些内容,并进行实际操作练习,不仅可以提高MATLAB技能水平,还能掌握关键的时间序列分析技巧,为解决具体问题提供解决方案。
  • K均值算法——针的新型平滑子空方法
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    本文提出了一种基于时间序列K均值算法改进的方法,旨在为时间序列数据提供更有效的平滑子空间聚类解决方案。 现有的聚类算法在提取用于时间序列数据平滑子空间方面表现较弱。本段落提出了一种新的k均值类型平滑子空间聚类算法——时间序列k均值(TSkmeans),旨在改善对时间序列数据的聚类效果。提出的TSkmeans算法能够有效利用时间序列数据集中的固有子空间信息,从而提升聚类性能。具体而言,该方法通过加权的时间戳来定义平滑子空间,这些加权时间戳反映了它们在区分不同聚类对象时的重要性。 我们的主要贡献包括设计了一个新的目标函数以指导对时间序列数据的聚类过程,并开发了一套新颖的更新规则以便于针对特定子空间进行迭代搜索。实验结果基于综合数据集及五个实际应用的数据集,显示了TSkmeans算法在准确性、F值、Rand指数和正常互信息等指标上的优越表现。
  • K均值算法——针的新型平滑子空方法
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    本研究提出了一种改进的时间序列K均值算法,旨在为时间序列数据开发一种高效的平滑子空间聚类技术,增强了数据分析和模式识别能力。 现有的聚类算法在从时间序列数据中提取平滑子空间方面表现不佳。本段落提出了一种新的k均值类型平滑子空间聚类算法——时间序列k均值(TSkmeans),用于对时间序列数据进行更有效的聚类。该提出的TSkmeans算法能够利用时间序列数据集的固有子空间信息来提升聚类性能。 具体而言,平滑子空间通过加权的时间戳表示,这些权重反映了对应时间点在区分不同类别中的重要性。我们工作的主要贡献在于设计了一个新的目标函数以指导时间序列数据的聚类,并开发了新颖的更新规则来进行针对平滑子空间的迭代搜索优化。 实验结果基于一个综合数据集和五个实际数据集进行验证,表明TSkmeans算法在准确性、Fscore、RandIndex以及正常互信息等通用性能指标上都表现出色。
  • 样本.zip
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    本资源包包含多种用于训练和测试时间序列分类算法的数据集,适用于学术研究与模型开发。 数据类型为tsv格式,可以用Excel打开。文件中的第0列为类别标签,从第1列开始是时间序列数据。相关描述可以在博客文章中找到:该文章详细介绍了如何处理此类数据,并提供了实用的指导和示例。
  • 使用PandasNumpyGroupby
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    本教程介绍如何利用Python中的Pandas和Numpy库,基于时间戳高效地对大数据集执行分组(groupby)操作,适用于数据分析与处理场景。 我需要将数据以分钟为单位进行分组,并且每一分钟内的数据作为一行输出。由于不同时间的数据量不一致,所有数据应按照最长的那组为准,不足的部分用该时间段最后一个数据补足。 接下来介绍一下我的数据源:已经去除了之前没用到的数据列,只保留了需要使用的data和time两列。其中,time是以秒为单位的时间戳,总共有407,454行记录。
  • 采用直接
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    本研究探讨了直接聚类法在数据点分类中的应用,通过分析不同算法的效果,提出了一种优化的数据分组策略。 使用C#和ArcEngine结合直接聚类法,可以根据地图上点之间的距离对这些点进行聚类,并允许用户自定义聚类的级别。
  • DTWCLUST: 一个针的R软件包及其DTW的改
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    DTWCLUST是一款用于时间序列数据聚类分析的R语言软件包。它不仅实现了多种聚类算法,还特别优化了动态时间规整(DTW)技术,提升了相似性度量的准确性和效率。 时间序列聚类以及动态时间规整(DTW)距离的优化包含多种策略的时间序列聚类方法及针对动态时间规整(DTW)距离及其对应下限的一系列改进措施。不仅包括传统聚类算法的应用,还包括最新的技术如k-Shape和TADPole聚类等。该软件包支持自定义的距离度量和质心定义的扩展性功能。 许多在此软件包中实现的算法特别针对DTW进行了优化设计。然而,主要的聚类工具非常灵活,既可以直接处理时间序列数据,也可以通过应用适当的转换后在新的空间进行聚类分析。该软件包还包括了若干种不同于DTW的距离计算方法作为备选方案。 此软件包内含多种实现方式: - 分区、层次和模糊聚类 - 基于形状距离的时间序列k形聚类 - 时间序列的形状提取 - TADPole聚类,这是DTW的一个优化版本 - Keogh和Lemire提出的DTW下限方法 - 全局对齐内核(GAK)距离计算方式 - DTW重心平均值及软DTW(包括距离和质心) 此外,还有一些针对多变量时间序列的实现。
  • 利用Keras PythonLSTM预测及生成(Python
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    本教程介绍如何使用Python Keras库中的LSTM模型进行时间序列数据的预测与生成。通过实例讲解,帮助读者掌握LSTM网络的基本应用技巧。 使用Keras Python包构建的LSTM可以用来预测时间序列数据中的步骤和序列。这包括正弦波和股票市场数据。