小波分析的物理意义,及基于神经网络的自适应基选择

给定时间序列{xt},我们对其做时频分析:
                        S_{ft}  = A(x_{t})

其中f表示尺度参数(一般是频率),t是时间。

尺度因子f是序列内在的分析指标,因为对于时间序列x(t),我们不同的采样精度实质就对应了不同的尺度,所以在不同尺度下得出的频谱结果,才是比较全面的分析方式。

时间因子t表示的意思是,一个非稳态的时变系统。也就是其尺度因子在不同时间点会不一样。

时频分析的方法,就是选择不同的尺度基函数\psi (f,t)(例如小波基),在xt上做卷积(卷积是因为时间平移不变性):
                    S(\tau, f) = \int x_{t} \psi (\tau-t , f) dt

我们只要构造合适的基函数,则能够得到优秀的时频分析结果。

现在的问题是,何为优秀的分析结果。

S表示的物理意义是,不同尺度分量随时间的变化。从尺度分析的本来含义可知,时频有一个不确定性原理:
                        \Delta _f* \Delta _t \geq C

一般尺度越大(频率f越小),时间分辨率越小(随时间t变化慢)。所以对于S,f越小,随t更新越慢。也就是有不同的更新级别。

由上述,应用到神经网络,参考这个ON-LSTM,也许可以自动选择最优基做卷积,自动得到基函数。

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