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範例:相關性與偏自相關性
使用 lcorrplcorr 函數分別計算延遲的樣本相關性與偏自相關性。
如需定義與範例,請參閱 Bowerman 與 O'Connell 的 Time Series Analysis (時間序列分析) (Duxbury),以及 Granger 與 Newbold 的 Forecasting Economic Time Series (預測經濟時間序列) (Academic Press)。
lcorr
lcorr函數假設兩個輸入的長度相同。
假設輸入信號的格式為加窗的正弦波脈衝。例如,此脈衝可能會用作聲納測試信號。傳回信號會周遊一段距離,遇到調查物件時彈回,然後傳回來源,此時的信號已延遲 (由於周遊時間)、衰減且充滿雜訊。透過將接收到的信號與測試信號相互關聯,可判定延遲時間,進而判定與測試物件之間的距離。
1. 定義樣本點數。
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2. 定義脈衝長度。
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3. 使用 sin 函數定義信號。
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4. 使用 hanning 函數定義視窗型函數。
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視窗的寬度為 200。
向量 x 的長度為 1000 個元素長。
5. 繪製輸入信號 x,然後使用垂直標記顯示脈衝長度線。
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6. 使用 rnd 函數定義隨機雜訊,然後定義傳回信號的延遲時間與衰減。
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7. 定義並繪製傳回信號與輸入信號。
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若無法得知延遲時間 (例如當信號已量測但未模擬時),則很難判定傳回脈衝在以上雜訊圖中的位置。
在延遲時間或前後,xy 的線性相關性與其他相關樣本相較下,應為最大相關,因為相關運算會將一個信號移至另一個,再將信號相乘及加總到每個樣本。到達延遲時間時,重疊面積會是最大。
8. 使用函數 lcorrmaxmatch 核對 xy 的線性相關性在延遲時間或前後最相關。
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使用 lcorr 的自相關性
使用自相關性預估移動平均線處理的順序。
1. 使用 rndmovavg 函數平滑處理隨機序列,且其視窗寬度為 N
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2. 繪製移動平均線。
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3. 使用 lcorr 函數計算及繪製 Y 的自相關性。
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自相關性的前 N 個值會形成大致上算直的線條,並在 N 時遞減趨近於 0。若不知道 N 的值,則可使用此行為進行良好的預估。
4. 參考作法是使用函數 slope 計算此初始區段的斜率,再與 -1/N 進行比較。
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自相關性是信號頻譜的傅立葉轉換。因此,使用 dft 函數可有效計算該值。
plcorr
plcorr 函數係用於預估可最佳擬合自遞歸時間序列的模型順序,及協助計算模型參數。
偏自相關性序列 (又稱為反射係數序列) 表示在減去往前與往後預測以調整這些值之後,時間 tt-k 的時間序列值之間的相關性。這些預測取決於中途時間的序列值。
如需其他技術詳細資訊,請參閱 D. B. Percival 與 A. T. Walden 之 Spectral Analysis for Physical Applications (物理學應用的頻譜分析) 第 409 頁 (Cambridge University Press, 1993),其中說明如何在自遞模型中使用 Levinson-Durban 遞歸。
為說明如何使用偏自相關性函數 plcorr,請使用下列步驟建構自遞歸流程。
1. 定義流程的係數。
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2. 使用 rnd 函數初始化時間序列。
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3. 使用自遞歸信號與隨機雜訊產生其餘的序列。
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4. 計算並繪製流程的前 200 個步距。
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5. 使用 lcorrplcorr 函數計算自相關性與偏自相關性。
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6. 繪製每個相關向量的前 30 個元素,然後使用垂直標記標示係數。
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在自遞歸流程 b 中,自相關性會振盪,但偏自相關性基本上在 6 之後會截斷。因此,偏自相關性提供流程順序的相關資訊,該資訊接著可供 burg 等函數使用。
經濟時間序列通常會使用低階模型進行擬合及分析,其中僅一些 plcorr 係數會是非零。若數據的 plcorr 係數下降不快,該數據可能反映非線性現象。此情況常用的技術是區別數據,並分析區別後的數據以進行相關運算。