Mann-Kendall趋势检验算法

Mann-Kendall检验是一种非参数检验(无分布检验),其优点是不要求样本遵从一定的分布,也不受少数异常值的干扰。常用于对降水、径流、气温和水质等要素时间序列变化趋势突变点分析。

趋势分析

MK检验是检验是否拒绝零假设(null hypothesis:H0),并接受替代假设(alternative hypothesis:H1):

H0:没有单调趋势

H1:存在单调趋势

最初的假设是:H0为真,在拒绝H0并接受H1之前,数据必须要超出合理怀疑——要到达一定的置信度。

在MK检验中,原假设H0为时间序列数据(X_{1},X_{2},...X_{n}),是n个独立的、随机变量同分布的样本;备选假设H1是双边检验,对于所有的i,j≤n,且i≠jX_{i}X_{j}的分布是不相同的,检验的统计量S计算如下:

其中,X_{i}、X_{j}分别为第i、j时间序列对应的观测值,且i<jsgn()是符号函数

当n≥8时,统计量S大致的服从正态分布,在不考虑序列存在等值数据点的情况下,其均值E(S)=0,方差Var(S)=n(n-1)(2n+5)/18。标准化后的检验统计量Z计算如下:

在双边趋势检验中,对于给定的置信水平(显著性水平)α,若|Z|>=Z(1-\frac{\alpha }{2} ),则原假设H0是不可接受的,即在置信水平α(显著性检验水平)上,时间序列数据存在明显的上升或下降趋势。Z为正值表示上升趋势,负值表示减少趋势,Z的绝对值在大于等于1.645,1.96,2.576时表示分别通过了置信度90%,95%,99%的显著性检验。计算过程:以α=0.1为例,Z(1-\frac{\alpha }{2} )=0.95,查询标准正态分布表Z0.95=1.645,故Z≥1.645时通过90%的显著性检验,H0假设不成立,Z>0,序列存在上升趋势。

方差Var简化前计算公式:

减法后面方程式含义:将观测到的数据按照相同元素进行分组,g为分组数t_{p}为每一组元素个数,之后分别计算求和。

举例:如一组数据(1,1,2,2,2,3,4,4,4,4),其中可以分为4组,以(元素,元素个数)格式显示,分别是(1,2个)、(2,3个)、(3,1个)、(4,4个),则g=4,依次带入求和:2(2-1)(2×2+5)+3(3-1)(2×3+5)+1(1-1)(2×1+5)+4(4-1)(2×4+5),由公式可知,若序列中每个元素只出现一次,则求和部分结果为0,方差方程式就简化为Var(S)=n(n-1)(2n+5)/18

衡量趋势大小的指标,用倾斜度β表示为:

median表示中位值,β为正值表示“上升趋势”,β为负值表示“下降趋势”。

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 214,029评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,238评论 3 388
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 159,576评论 0 349
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,214评论 1 287
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,324评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,392评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,416评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,196评论 0 269
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,631评论 1 306
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,919评论 2 328
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,090评论 1 342
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,767评论 4 337
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,410评论 3 322
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,090评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,328评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,952评论 2 365
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,979评论 2 351

推荐阅读更多精彩内容