時域特徵偏度 時域分析 有量綱特徵值含義一網打盡

2021-10-17 06:37:30 字數 1463 閱讀 3157

時域特徵值是衡量訊號特徵的重要指標,時域特徵值通常分為有量綱引數與無量綱引數。

所謂「量綱」,簡單地理解就是「單位」。有量綱的引數就是有單位的,比如平均值,一段溫度訊號(單位℃)的平均值依舊是℃;無量綱的引數沒有單位,無量綱量常寫作兩個有量綱量之積或比,但其最終的綱量互相消除後會得出無量綱量,比如,應變是量度形變的量,定義為長度差與原先長度之比。

有量綱的特徵值往往具有直觀的物理含義,是最為常用的特徵指標。有量綱特徵值主要包括:最大值、最小值、峰峰值、均值、方差、標準差、均方值、均方根值(rms)、均方誤差(mse)、均方根誤差(rmse)、方根幅值等。

1.均值

均值、方差、均方值、均方根值之間有內在的聯絡。

均值是訊號的平均,是一階矩,可以表示為:

2.均方值

均方值是訊號的平方的平均(訊號→平方→平均值),代表了訊號的能量,是二階矩,可以表示為:

3.方差

方差是每個樣本值與全體樣本值的平均數之差的平方值的平均數,代表了訊號能量的動態分量(均值的平方是靜態分量),反應資料間的離散程度,是二階中心距,可以表示為:

方差的不同表達方式,可以看出方差的幾種理解方式:

(1)式中可以看出:方差描述的是訊號的離散程度,也就是變數離其期望值的距離。

(2)式中可以看出:方差即平方的期望(均方值)減掉期望的平方。

(3)從物理含義上講,均方值代表訊號的能量,期望的平方代表訊號的直流分量,而方差代表訊號的交流分量。

4.標準差

標準差又叫均方差,是方差的算數平方根。標準差反應的是資料的離散程度。

問題來了,方差和標準差都表示資料的離散程度,那麼既然有了方差,為什麼還要有標準差呢?

為了和原始訊號統一量綱。

舉個例子,假設北京一年的平均氣溫是20℃,氣溫標準差是10℃;烏魯木齊一年的平均氣溫是20℃,氣溫標準差是15℃。這樣會對氣溫的離散程度有乙個直觀理解,但如果說北京的氣溫方差是100,烏魯木齊是225,就很不方便理解了。

5.均方根

均方根(rms)又叫有效值。將所有值平方求和,求其均值,再開平方,就得到均方根值。或者說均方根值等於均方值的算數平方根。

其物理含義可以這樣理解:讓交流電與直流電分別通過同一電阻,若兩者在相同的時間內所消耗的電能相等(或產生的焦耳熱相同),那麼該直流電的數值就叫做交流電的有效值。

6.均方誤差

均方誤差(mse)是某種意義上的方差,均方誤差是指引數估計值與引數真值之差平方的數學期望值。如果我們把隨機變數的數學期望e認為是引數估計值(未來的),把隨機變數本身作為引數真值,那麼均方誤差就是普通方差。

均方誤差mse可以評價資料的變化(偏離)程度,mse的值越小(相互之間的比較,而不是跟引數真值的比較),說明**模型描述實驗資料具有更好的精確度。

均方誤差在機器學習中常作為一種誤差量度。

7.均方根誤差

均方根誤差(rmse)就是均方誤差的算術平方根:

均方誤差與均方根誤差,正如方差與標準差一樣,是量綱上的區別,應用不同場合。

總結歡迎批評指正!

使用matlab對資料時域特徵有量綱引數的計算

時域資訊是以時間為變數,描繪出訊號的波形。時域訊號包括有量綱特徵引數以及無量綱特徵引數。有量綱特徵值包括 最大值 最小值 極差 均值 中位數 眾數 方差 標準差 均方差 均方根 均方誤差 均方根誤差等。無量綱指標,包括峰值因子 脈衝因子 裕度因子 峭度因子 波形因子和偏度等。有量綱引數就是有單位的,...

python時域訊號特徵提取

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