《复杂系统的投影寻踪回归无假定建模技术及应用实例》针对复杂系统高维性、混杂性等特点,从探索性数据分析(EDA)方法角度出发,详细地介绍了投影寻踪(PP)基本原理,重点阐述了投影寻踪回归(PPR)无假定建模技术在利用复杂系统混杂性信息、高维性信息等方面的优势,解决了复杂系统建模的客观性问题。
全书共分为两篇九章,除了阐述PP基本原理和PPR无假定建模技术外,还介绍了PPR无假定建模技术在多个学科的应用研究实例,实例涉及高维数据的回归预测、聚类分析、判别分析、时序分析等统计推断领域,凸显了PPR无假定建模技术的跨学科通用性。
《复杂系统的投影寻踪回归无假定建模技术及应用实例》可作为理、工、农、经济、管理等学科相关专业研究生的参考教材,也可供从事相关专业的科研、管理和工程技术人员参考。
1999年4月美国Science杂志出版了《复杂系统》专辑,掀起复杂系统研究的又一波热潮。近年来随着信息技术突飞猛进的发展,复杂系统研究波及的范围越来越广,包括工程、生物、自然、经济、医学等各个学科。相比简单系统,复杂系统所面对的问题更尖锐、突出和普遍。区别于一般中、小系统和简单系统,近代科学所涉及的复杂系统具有两大显著特征:高维性和混杂性。复杂系统建模的任务就是建立系统的模型,以便描述系统的高维性和混杂性这两大特征。复杂系统建模是当今信息社会发展的热点和前沿科学,其研究与应用正在向各个学科渗透,属于交叉学科研究领域。正日益受到众多学者和技术人员的关注。
本书结合复杂系统的统计学本质问题——高维性与混杂性,比较了证实性数据分析(CDA)、探索性数据分析(EDA)方法特点,认为对于复杂系统,采用.EDA方法作为突破口,既能解决“高维性”造成的“维数祸根”难题,又能挖掘“混杂性”中蕴含的结构特征信息,建立既完整仔细又客观准确的实用模型,从而实现复杂系统建模软件的跨学科通用化。在众多EDA方法中,投影寻踪(Projection Pursuit,PP)是其中一个突出代表。PP方法采用“投影”实现“高维数据降维”,能够克服复杂系统高维数据自身的“维数祸根”难题;通过“寻踪”寻找“最佳投影”,挖掘反映高维数据结构或特征的信息,可以解决“复杂性与精确性”不相容难题。同时,PP又是非参数无假定EDA方法,避免了主观“假定”“准则”与客观实际相悖的现象,可从根本上解决复杂系统建模的客观性问题。
全书分为理论篇(第一篇)和应用篇(第二篇)。
理论篇主要介绍复杂系统投影寻踪建模技术,具体为第1章至第4章。第1章绪论,概述复杂系统建模的技术难点,以及CDA、EDA两种建模思路;第2章介绍PP概述、背景、特点、发展简况及PP判别、PP聚类、PP时间序列和PPR分析等基本理论,重点阐述PP技术采用“投影”降维实现高维数据降维,以及“寻踪”以最佳投影描述数据结构特征的原理;第3章结合实例,着重阐述PPR针对复杂系统混杂性(指确定性与不确定性、正态与非正态、线性与非线性、定性与定量、静态与动态、宏观与微观、平衡与非平衡这七大特征信息混杂)建模的优势;第4章结合经典实例,逐一介绍在EDA建模、数据结构挖掘、高维数据建模、时间序列分析、全局仿真寻优、抗干扰、跨学科通用等方面,PPR无假定建模的技术特点。
应用篇具体为第5章至第9章,主要介绍我们PP研究小组运用PPR技术在水利工程、农业工程、工业工程、医学、资源与环境等领域取得的研究成果。
自1986年新疆农业大学(原新疆八一农学院)投影寻踪研究小组成立以来,我们以研究PPR无假定建模技术的理论为基础,以程序开发和软件研制为重点,以实际工程应用为导向,经过数十年努力,在PPR无假定建模方法及应用研究上取得了丰硕的成果,部分研究成果为国家及新疆维吾尔自治区重要工程决策提供了支撑。
序
前言
第一篇 理论篇 复杂系统投影寻踪建模技术
第1章 绪论
1.1 复杂系统概述
1.2 复杂系统建模及其难点
1.3 证实性数据分析(CDA)
1.4 探索性数据分析(EDA)
1.5 投影寻踪——一种复杂系统无假定建模方法
参考文献
第2章 投影寻踪基本原理
2.1 投影寻踪概述
2.2 投影寻踪判别分析
2.3 投影寻踪聚类分析
2.4 投影寻踪时间序列分析
2.5 投影寻踪回归(PPR)分析
参考文献
第3章 复杂系统混杂性信息的PPR建模
3.1 确定性与不确定性信息混杂
3.2 线性与非线性信息混杂
3.3 正态与非正态信息混杂
3.4 定性与定量信息混杂
3.5 静态与动态信息混杂
3.6 宏观与微观信息混杂
3.7 平衡与非平衡信息混杂
参考文献
第4章 PPR无假定建模技术特点
4.1 EDA建模技术
4.2 数据结构挖掘技术
4.3 高维数据建模技术
4.4 时间序列分析技术
4.5 全局仿真寻优技术
4.6 抗干扰技术
4.7 跨学科通用技术
参考文献
第二篇 应用篇 投影寻踪回归应用实例
第5章 水利工程领域应用实例
例5.1 1998年长江三峡年最大洪峰的投影寻踪长期预报与验证
例5.2 胶凝砂砾石材料配合比设计及优选方法
例5.3 沥青胶浆拉伸强度变化规律分析
例5.4 盐化作用对黏性土抗剪强度的影响规律
例5.5 含盐量与颗粒级配对工程土稠度界限的影响
例5.6 黏粒含量与泥石流容重关系的研究
例5.7 悬栅消能工布置形式的优化分析
例5.8 明渠不同壁面糙率变化规律分析
例5.9 投影寻踪法在寒区混凝土热力学参数反演中的应用
例5.10 基于PPR的低热水泥胶凝体系综合性能优化方法
参考文献
第6章 农业工程领域应用实例
例6.1 冬小麦高产栽培试验数据的投影寻踪回归分析
例6.2 PP回归在新疆春旱长期预报工作中的应用
例6.3 皮棉产量组分的投影寻踪回归分析及与通径分析的比较
例6.4 害虫预测建模中因子综合和预测的投影寻踪回归技术
例6.5 投影寻踪回归技术在日光温室黄瓜光合速率分析的应用
例6.6 第一代小地老虎危害程度的投影寻踪回归分析
例6.7 投影寻踪回归技术在试验设计中的应用
参考文献
第7章 医学领域应用实例
例7.1 心电图聚类评判
例7.2 冠心病预测
例7.3 脾虚症预测
例7.4 DNA类别预测
参考文献
第8章 环境生态领域应用实例
例8.1 台风登陆华南频次的投影寻踪回归预测
例8.2 污染物浓度预测的PPR模型
例8.3 旱涝趋势的投影寻踪预测模型
例8.4 投影寻踪回归技术在环境预测中的应用
参考文献
第9章 工业工程领域应用实例
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