基于事件符合分析量化特定事件同步性的有向加权网络建网方法技术

本发明专利技术公开了一种基于事件符合分析量化特定事件同步性的有向加权网络建网方法，采用阈值法识别原始时空序列中的特定事件，依据特定事件的发生时间从时空序列中提取出事件序列；利用静态符合区间ΔT以及时间延迟τ识别不同地理位置上的同步事件；将地理位置定义为网络的节点，依据不同地理位置之间同步事件中事件发生时间的先后顺序和同步数量确定网络中连边的方向和权重，从而将时空序列映射为以特定事件发生的地理位置为基元的有向加权网络。本发明专利技术从时空序列中特定事件发生的地理位置以及特定事件的同步性建立有向加权网络，可以识别不同地理位置处特定事件的关联性，分析特定事件的相关程度和传播方向。特定事件的相关程度和传播方向。特定事件的相关程度和传播方向。

【技术实现步骤摘要】
基于事件符合分析量化特定事件同步性的有向加权网络建网方法


[0001]本专利技术涉及一种网络建网方法。特别是涉及一种基于事件符合分析量化特定事件同步性的有向加权网络建网方法。

技术介绍

[0002]复杂网络是将复杂系统中的组件有意义地连接在一起的方法，通过网络拓扑特征揭示各组件之间的相互关系及动态变化。复杂网络已成功地应用于许多现实世界的系统，复杂网络在物理学、生物学、社会科学、经济学等领域显示出其作为探索复杂系统动力学和结构特性的通用工具的巨大潜力。
[0003]在气候科学、社会科学、神经科学、流行病学、交通运输和地球科学等不同领域，越来越多地收集和研究了大量时空数据。运用复杂网络建模方法挖掘时空序列之间的关系已被用于各个领域。依据时间序列间的相似性构建网络是时空序列建网的一种常用方法。将地理位置作为节点，基于不同的相似性度量方法量化时间序列之间的相互关系，作为确定节点之间连边的依据。常用的相似性度量方法包含pearson相关系数、spearman相关系数以及互信息等。这类建网方法在分析时空数据中的特定信息时面临困难。
[0004]近年来，自然和社会中的特定事件，特别是极端事件，越来越受到学术界和公众的关注。为了了解特定事件之间的驱动因素和相互作用，可以依据时空序列数据点中特定事件之间的同步程度构建网络。事件同步的量化是大量不同研究和方法探究的焦点，在旨在达到这一目标的方法学发展中，事件同步法和事件符合分析法是两个应用广泛的非线性度量。当存在事件聚集发生时，事件同步法在量化事件同步方面存在缺陷。此外，基于事件符合分析法构建的无向网络虽然可以度量特定事件之间的关联性，但是却忽略了同步事件在不同地理位置处发生的时间先后顺序的影响，缺乏对网络中连边方向性的探究。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，对于具有地理位置属性和发生时间属性的时空序列数据，提供一种能够识别时空序列数据点中特定事件之间关联的基于事件符合分析量化特定事件同步性的有向加权网络建网方法。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：基于事件符合分析量化特定事件同步性的有向加权网络建网方法，包括如下步骤：
[0007]1)依据阈值法，将地理位置处的原始时空序列中不小于阈值的数据识别为特定事件，依据原始时空序列中特定事件的发生时间构建事件序列，即，事件序列是以特定事件发生时间为元素的有序序列，元素按照特定事件的发生时间的先后顺序排列，即：地理位置i处的原始时空序列为X(i)＝{x
il
,l＝1,2,
…
,T
i
}，其中T
i
表示地理位置i处的时空序列的长度，通过阈值法提取出地理位置i处的事件序列E(i)＝{t
il
,l＝1,2,
…
,N
i
}，其中N
i
表示地理位置i处发生的特定事件的总数，即事件序列E(i)的长度，t
il
表示地理位置i处特定事件
第l次发生的时间；
[0008]2)根据静态符合区间ΔT以及时间延迟τ判断不同地理位置上的事件是否同步发生，如果地理位置i处特定事件第l次发生的时间与地理位置j处特定事件第m次发生的时间的间隔在静态符合区间ΔT内，则认为事件同步发生，令地理位置i处特定事件第l次发生的时间t
il
与地理位置j处特定事件第m次发生的时间t
jm
的差值为d
lmij
，即
[0009][0010]如果d
lmij
满足：0≤|d
lmij
|≤ΔT，则认为地理位置i处第l次发生的特定事件与地理位置j处第m次发生的特定事件为同步事件，如果d
lmij
满足：0≤|d
lmij
‑
τ|≤ΔT，则认为地理位置i处第l次发生的特定事件与地理位置j处第m次发生的特定事件为滞后同步事件，其中，时间延迟τ表示时空序列之间的滞后时间长度；
[0011]3)将不同地理位置作为网络的节点，依据不同地理位置处特定事件之间的同步关系确定节点之间的连边，依据同步事件在不同地理位置处发生时间的先后顺序确定连边的方向，依据同步事件的数量确定连边的权重，如此，将时空序列映射为以特定事件发生的地理位置为基元的有向加权网络；
[0012]4)计算有向加权网络的拓扑特征，包括节点度k
i
、网络累积度分布P(k)、节点强度s
i
、网络累积强度分布P(s)和节点有向集聚系数C
i
，在有向加权网络中，节点的度包括出度k
iout
和入度k
iin
，
[0013]k
i
＝k
iout
+k
iin
ꢀꢀ
(2)
[0014]上式中，N表示网络中节点的总数，a
ij
和a
ji
表示节点i和节点j之间的有向连接关系，若节点i有指向节点j的连边，则a
ij
＝1，否则a
ij
＝0，若节点j有指向节点i的连边，则a
ji
＝1，否则a
ji
＝0，
[0015][0016]上式中，N
k'
表示度为k'的节点的数量，N表示网络中节点的总数，节点的强度包括出强度s
iout
和入强度s
iin
，
[0017]s
i
＝s
iout
+s
iin
ꢀꢀ
(4)
[0018]上式中，N表示网络中节点的总数，w
ij
表示节点i指向节点j的连边的权重，w
ji
表示节点j指向节点i的连边的权重，
[0019][0020]上式中，N
s'
表示强度为s'的节点的数量，N表示网络中节点的总数，
[0021][0022]上式中，b
ij
表示节点i和节点j之间的连接关系，若节点i与节点j之间有连边，则b
ij
＝1，否则b
ij
＝0，a
jk
和a
kj
表示节点j和节点k之间的有向连接关系，若节点j有指向节点k
的连边，则a
jk
＝1，否则a
jk
＝0，若节点k有指向节点j的连边，则a
kj
＝1，否则a
kj
＝0；
[0023]5)借助Matlab软件实现有向加权网络、网络的拓扑特征以及拓扑特征地理分布的可视化。
[0024]步骤2)中，为了使静态符合区间ΔT有统计意义，ΔT需满足
[0025]ΔT＜T/N
max (7)
[0026]上式中T为所有地理位置处原始时空序列记录的时间的跨度，N
max<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于事件符合分析量化特定事件同步性的有向加权网络建网方法，其特征在于，包括如下步骤：1)依据阈值法，将地理位置处的原始时空序列中不小于阈值的数据识别为特定事件，依据原始时空序列中特定事件的发生时间构建事件序列，即，事件序列是以特定事件发生时间为元素的有序序列，元素按照特定事件的发生时间的先后顺序排列，即：地理位置i处的原始时空序列为X(i)＝{x
il
,l＝1,2,
…
,T
i
}，其中T
i
表示地理位置i处的时空序列的长度，通过阈值法提取出地理位置i处的事件序列E(i)＝{t
il
,l＝1,2,
…
,N
i
}，其中N
i
表示地理位置i处发生的特定事件的总数，即事件序列E(i)的长度，t
il
表示地理位置i处特定事件第l次发生的时间；2)根据静态符合区间ΔT以及时间延迟τ判断不同地理位置上的事件是否同步发生，如果地理位置i处特定事件第l次发生的时间与地理位置j处特定事件第m次发生的时间的间隔在静态符合区间ΔT内，则认为事件同步发生，令地理位置i处特定事件第l次发生的时间t
il
与地理位置j处特定事件第m次发生的时间t
jm
的差值为d
lmij
，即如果d
lmij
满足：0≤|d
lmij
|≤ΔT，则认为地理位置i处第l次发生的特定事件与地理位置j处第m次发生的特定事件为同步事件，如果d
lmij
满足：0≤|d
lmij
‑
τ|≤ΔT，则认为地理位置i处第l次发生的特定事件与地理位置j处第m次发生的特定事件为滞后同步事件，其中，时间延迟τ表示时空序列之间的滞后时间长度；3)将不同地理位置作为网络的节点，依据不同地理位置处特定事件之间的同步关系确定节点之间的连边，依据同步事件在不同地理位置处发生时间的先后顺序确定连边的方向，依据同步事件的数量确定连边的权重，如此，将时空序列映射为以特定事件发生的地理位置为基元的有向加权网络；4)计算有向加权网络的拓扑特征，包括节点度k
i
、网络累积度分布P(k)、节点强度s
i
、网络累积强度分布P(s)和节点有向集聚系数C
i
，在有向加权网络中，节点的度包括出度k
iout
和入度k
iin
，上式中，N表示网络中节点的总数，a
ij
和a
ji
表示节点i和节点j之间的有向连接关系，若节点i有指向节点j的连边，则a
ij
＝1，否则a
ij
＝0，若节点j有指向节点i的连边，则a
ji
＝1，否则a
ji
＝0，上式中，N
k'
表示度为k'的节点的数量，N表示网络中节点的总数，节点的强度包括出强度s
iout
和入强度s
iin
，上式中，N表示网络中节点的总数，w
ij
表示节点i指向节点j的连边的权重，w
ji
表示节点j指向节点i的连边的权重，
上式中，N
s'
表示强度为s'的节点的数量，N表示网络中节点的总数，上式中，b
ij
表示节点i和节点j之间的连接关系，若节点i与节点j之间有连边，则b
ij
＝1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪丽娜，李铭，臧臣瑞，彭秀云，黄钰雯，王娜，刘浩然，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：