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초록
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본 연구에서는 비선형 카오스 계열에 대한 잡음의 영향 분석을 위하여 대표적인 비선형 카오스 특성을 보이는 것으로 알려진 Logistic Map 자료계열을 이용하여 연구를 수행하였다. 잡음을 임의로 추가하여 잡음 수준에 따라 자료계열을 재생성 하였으며 비선형 자료의 분석 방법으로 활용되고 있는 상태공간 재건, 상관차원 추정, BDS 통계, DVS 알고리즘 분석을 실시하였다. 분석 결과 자료계열은 잡음의 수준이 높아짐에 따라 비선형 카오스적 특성을 보이는 원시자료의 특성이 사라지고 무작위한 추계학적 특성을 보이는 자료로 변화하였다. 그리고 잡음의 영향을 받고 있는 자료에 대한 잡음제거 방법으로 Low Pass Filter와 Kalman Filter 기법을 적용하였다. 전통적인 비모수 통계기법은 비선형 무작위 시계열 또는 비선형 시계열을 구분하는데 어려움이 있지만 비선형 통계기법인 BDS 통계는 비선형 시계열을 구분할 수 있는 것으로 알려져 있다. 분석을 수행한 결과 잡음 수준이 높을 경우 Low Pass Filter는 잡음을 효과적으로 제거하지 못하여 비선형 자료를 선형자료로 판정하였지만 Kalman Filter의 경우 잡음을 효과적으로 제거하는 것으로 나타나 적용성이 우수함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We studied noise influence on nonlinear chaotic system by using Logistic data series which is known as a typical nonlinear chaotic system. We regenerated Logistic data series by the method of adding noise according to noise level. And, we performed some analyses such as phase space reconstruction, c...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 자료의 비선형성을 BDS 통계는 자료의 비선형성을 효과적으로 검증을 할 수 있으며 최근린 값 k에 의한 예측오차(Em(k))의 거동특성에 대한 도시적 분석 방법인 DVS Algorithm 보다 효율적인 통계량 값을 제공한다. 따라서 본 연구에서는 잡음제거에 따른 자료계열의 특성을 분석하기 위하여 BDS 통계를 통하여 비교하였다.
  • 본 연구에서는 대부분의 수문자료가 비선형 구조를 보이는 특성이 있음을 착안하여 대표적인 비선형 카오스 특성을 보이는 Logistic Map 자료계열을 이용한 잡음의 영향 분석과 잡음의 제거 방법에 대한 연구를 수행하였고 이에 대한 내용 및 결과는 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 카오스 특성을 보이는 Logistic 계열에 임의로 잡음을 추가한 후 잡음의 영향 정도에 따른 자료의 비선형 거동특성을 분석하고 잡음을 제거하는 방법론으로 기존에 수문계열에 적용성(장권희 등, 2009)이 있다고 판단되는 저역통과필터(Low Pass Filtering)과 칼만필터(Kalman Filtering) 기법을 통하여 적용성을 분석해 보고자 한다.

가설 설정

  • H0 : 자료 계열의 분포는 무작위하다.
  • H1 : 자료 계열의 분포는 무작위하지 않다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
시계열의 카오스 특성을 분석하기 위해 사용되는 방법으로는 무엇이 있는가? 시계열의 카오스 특성을 분석하기 위해 이용하는 방법으로 미터법(metric method)인 상관차원(correlation dimension)방법, Lyapunove 지수법 등이 있으며, 위상학적 방법(topological method)으로는 Close Returns Test 방법 등이 있다. 이 중에서 실제로 시계열의 카오스 특성을 분석하기 위해 상관차원 방법이 가장 널리 이용되고 있다.
BDS 통계는 무엇에 유용한가? BDS 통계(Brock, Dechert, and Scheinkman)는 시계열의 독립성을 검정하기 위하여 자료가 무작위한 분포를 따른다는 가설을 상관적분을 토대로 검정하는 방법이다. 특히, 무작위한 시계열 자료와 카오스 시스템 혹은 비선형 추계학적 시스템을 구분하는데 매우 유용한 통계기법이다(Brock et al., 1991, 1996; Kim et al.
BDS 통계란 무엇인가? BDS 통계(Brock, Dechert, and Scheinkman)는 시계열의 독립성을 검정하기 위하여 자료가 무작위한 분포를 따른다는 가설을 상관적분을 토대로 검정하는 방법이다. 특히, 무작위한 시계열 자료와 카오스 시스템 혹은 비선형 추계학적 시스템을 구분하는데 매우 유용한 통계기법이다(Brock et al.
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참고문헌 (34)

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  3. 장권희, 김치영, 김수전, 김형수(2009) 자동유량측정 자료의 개선을 위한 필터링 방법의 적용, 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 논문집, 한국수자원학회 

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  5. 최민호, 이은태, 김형수(2009) 카오스 시계열에 대한 잡음의 영향, 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제42권, 제4호, pp. 355-363. 

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  30. Sivakumar, B., Liong, S.Y., Liaw, C.Y., and Phoon, K.K. (1999) Singapore rainfall behavior: chaotic? J. Hydrol. Eng., ASCE, Vol. 4, No. 1, pp. 38-48. 

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  32. Sivakumar, B., Jayawardena, A.W., and Li, W.K. (2007) Hydrologic complexity and classification: a simple data reconstruction approach, Hydological Processes, Vol. 21, pp. 2713-2728. 

  33. Takens, F. (1981) Detecting strange attractors in turbulence, In Dynamical Systems and Turbulence, Rand DA, Young LS (eds). Lecture Notes in Mathematics 898. Springer-Verlag: Berlin, Germany; pp. 366-381. 

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