寻找给定信号的最佳非增近似函数的方法

信息处理 过滤器 离散信号 噪音 算法
2022-02-20 10:37:12

我有一个离散时间信号(有噪声),我想确定代表它的最佳非递增函数。

当然,如果获得的函数是根据时间的连续变量定义的,那将很有用,但对我来说这听起来太笼统了。我认为指定一个带有待确定系数的特定方程并不是一个好主意,仅仅是因为这样做我强加了一个过于严格的测试函数空间,从而可能导致“欠拟合”。例如,我可以强加一个指数函数,如f(t)=cexp(λt), 在哪里cλ是要确定的参数,但是如果给定的信号有另一种形式怎么办?

对于离散信号,我认为最好也尝试生成离散近似值。在这种情况下,“拟合”将是一个非递增离散函数,它是给定一般信号的最佳表示。有人知道这样做的方法吗?

可以先使用原始信号,也可以先使用低通滤波器。作为一个评论,我想说多项式插值由于噪声而根本不起作用。

2个回答

您会发现一些措辞正确的指针。有很多关于单调或单调回归(有时称为等渗回归)的统计文献。一个更通用的术语是“形状约束估计”。

例如,一些参考资料:

  • 受约束的统计推断:不平等、秩序和形状限制,2005 年,Mervyn J. Silvapulle 和 Pranab Kumar Sen
  • 等渗回归的多项式算法,1997 年,Victor Chepoi 和 Daniel Cogneau 以及 Bernard Fichet
  • 将单调多项式拟合到数据中,1994 年,Douglas M. Hawkins

最常见的版本是带有分段常数或线性函数的最小二乘拟合,例如参见Scikit-learn: Isotonic Regression

等渗回归

生成数据的等渗回归示意图。等渗回归找到函数的非递减近似值,同时最小化训练数据的均方误差。这种模型的好处是它不会为目标函数假设任何形式,例如线性。为了比较,还提出了线性回归。

随着优化方面的最新进展,有一些工作在其他规范下进行拟合(1,) 和对导数的下限或上限的约束,它应该是正的或负的,以施加非递增或非递减的近似值。

[编辑:2018/12/24] 现在,关于信号是否应该是低通的问题:如果您认为参数函数 过于严格,那么低通滤波器也可能过于严格。确实,您怎么知道特征或过滤器是否足够?wgy 应该是线性的吗?它是否足够好地处理信号和噪声的性质?

多项式拟合(通常称为polyfit函数调用)有什么不可接受的?如果您的数据不增加,那么最适合的也是。它是通用的,与指数衰减函数相比,它并没有真正假设任何预定义的形状。

你的这个陈述,“(我不想指定一个特定的方程和拟合系数,只是因为它可能是'任何东西')”,让我感到困惑。这就是您想要的最佳拟合近似值。

赛德


跟进:

使用多项式拟合就像使用活动扳手一样,它适用于任何尺寸的螺母。当然,适合的固定尺寸扳手会更好。活动扳手可以告诉您要使用的固定尺寸扳手的尺寸。

有很多方法可以参数化单调递减函数。以下是一些可能性:

ert

r<0

a1+bt

a1+bt2

...

这些中的每一个都将具有具有特定模式的系数的多项式展开。如果您进行一般多项式拟合,也许您可​​以在获得的系数中识别出这些模式之一。