确定性、预测与滤波

预测非常困难,尤其是预测未来。——尼尔斯·玻尔,1885-1962
我们如何知道我们记录的信号是确定性信号还是仅仅是噪声? 在我们记录的正弦波的情况下,从随时间变化的图形中可以明显看出其有序行为(图 3)。 在一般情况下,在相空间中更容易发现确定性(图 1)。 观察相空间中的特定点,例如图 2。确定性意味着如果摆动系统再次回到这个点附近,我们可以提前知道下一步。 给定相同的环境,摆锤必然会以相同的方式前进。 非确定性系统可能会疯狂跳动。

对确定性行为的这种理解基于一些假设

预测总是容易出错的,因此计算错误的程度是有意义的。 将偏差与信号的范围进行比较是合适的。 对所有局部预测误差进行平均会产生一个稳健的量,用于估计称为确定性的质量。

在此推理的基础上,有广泛的应用。 自适应线性预测滤波是当代数字信号处理中非常重要的范例。 噪声消除、语音和图像压缩以及特征提取就是一些例子。 这些应用的非线性概括现在是可行的。

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