基于高斯过程的时间序列分析

基于高斯过程的时间序列分析

论文摘要

本文使用高斯过程回归模型进行时间序列分析,研究其预测的准确性和可靠性。有别于一般的时间驱动模型,本文大部分采用自回归模型。不仅考察了单步预测的结果,也实现并分析了多步预测算法。本文发现,平稳的核函数应用于平稳的时间序列(如回归滑动平均序列)能够取得良好的预测效果,但是非平稳的时间序列(如随机漫步)必须使用非平稳的核函数才能得到较佳的预测效果。对非高斯过程型的序列,如自回归条件异方差序列,必须要对原始的高斯过程模型进行修正。本文提出了基于高斯过程的指数自回归条件异方差模型,并在实验中被证明可以很好地分析数据方差的变化规律。最后,我们给出了一个基于高斯过程先验假设的概率方法进行语音增强并用于解决语音活动探测问题的方法。该方法利用高斯过程模型的后验概率来估计纯净语音。在学习过程中得到的高斯过程模型的参数的大小用于语音的活动探测。实验结果表明本文给出的方法对于在白噪声和有色噪声环境下的语音相比于传统的方法有很好的增强效果。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT(英文摘要)
  • 第一章 绪论
  • 第二章 时间序列模型
  • 2.1 随机过程
  • 2.2 平稳和严格平稳
  • 2.3 高斯过程
  • 2.4 自回归滑动平均过程
  • 2.5 ARCH及其衍生模型
  • 第三章 高斯过程回归方法
  • 3.1 模型
  • 3.2 预测
  • 3.3 核函数及其性质
  • 3.4 参数估计
  • 第四章 基于高斯过程回归模型的时间序列分析
  • 4.1 时间驱动模型
  • 4.2 自回归模型
  • 4.3 多步预测
  • 4.4 指数高斯过程ARCH模型
  • 第五章 基本数值实验
  • 5.1 白噪声
  • 5.2 AR(2)序列
  • 5.3 语音信号
  • 5.4 随机漫步
  • 5.5 ARCH及其衍生模型
  • 5.6 小结与讨论
  • 第六章 基于高斯过程的语音增强
  • 6.1 基于高斯过程的语音模型
  • 6.2 纯净语音估计方法
  • 6.2.1 白噪声
  • 6.2.2 有色噪声
  • 6.3 数值试验及结果
  • 6.4 讨论与思考
  • 第七章 结论
  • 附录A 高斯分布的重要性质
  • 附录B 矩阵性质
  • B.1 逆矩阵
  • B.2 矩阵导数
  • B.3 Cholesky分解
  • 附录C 多步预测公式的详细推导
  • C.1 协方差的计算
  • C.2 线性核函数
  • C.3 高斯核函数
  • 附录D EGPARCH模型极大似然函数详细推导
  • 参考文献
  • 主要符号对照表
  • 英文缩写对照表
  • 致谢
  • 在学期间的研究成果及发表的论文
  • 相关论文文献

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