Текущий выпуск Номер 5, 2024 Том 16

Все выпуски

[ Switch to English ]

Поиск точек разладки в биометрических данных: ретроспективные непараметрические методы сегментации на основе динамического программирования и скользящих окон

Шестопёров А.И., Ивченко А.В., Фомина Е.В.
 pdf (2136K)

Работа посвящена анализу медико-биологических данных, получаемых с помощью локомоторных тренировок и тестирований космонавтов, проводимых как на Земле, так и во время полета. Данные эксперименты можно описать как движение космонавта по беговой дорожке согласно прописанному регламенту в различных скоростных режимах, во время которых не только записывается скорость, но и собирается ряд показателей, включающих частоту сердечных сокращений, величину давления на опору и пр. С целью анализа динамики состояния космонавта на протяжении длительного времени, для независимой оценки целевых показателей необходимо проводить качественную сегментацию режимов его движения. Особую актуальность данная задача приобретает при разработке автономной системы жизнеобеспечения космонавтов, которая будет действовать без сопровождения персонала с Земли. При сегментации целевых данных сложность заключается в наличии различных аномалий, включая отход испытуемого от заранее прописанного регламента, переходы между режимами движения произвольного вида и длительности, аппаратные сбои и пр. Статья включает в себя подробный обзор ряда современных ретроспективных (оффлайн) непараметрических методов поиска многократных разладок во временном ряде, где под разладкой понимается резкое изменение свойств наблюдаемого ряда, происходящее в неизвестный заранее момент времени. Особое внимание уделено алгоритмам и статистическим показателям, которые определяют степень однородности данных, а также способам поиска точек разладки. В данной работе рассматриваются подходы, основанные на методах динамического программирования и скользящего окна. Вторая часть статьи посвящена численному моделированию представленных методов на характерных примерах экспериментальных данных, включающих как простые, так и сложные скоростные профили движения. Проведенный анализ позволил выделить методы, которые в дальнейшем будут проанализированы на полном корпусе данных. Предпочтение отдается методам, обеспечивающим близость разметки к заданному эталону, потенциально позволяющим детектировать обе границы переходных процессов, а также обладающим робастностью относительно внутренних параметров.

Ключевые слова: космическая медицина, локомоторное тестирование, временные ряды, точка разладки, сегментация, непараметрический, ретроспективный, динамическое программирование, скользящее окно
Цитата: Шестопёров А.И., Ивченко А.В., Фомина Е.В. Поиск точек разладки в биометрических данных: ретроспективные непараметрические методы сегментации на основе динамического программирования и скользящих окон // Компьютерные исследования и моделирование, 2024, т. 16, № 5, с. 1295-1321
Citation in English: Shestoperov A.I., Ivchenko A.V., Fomina E.V. Changepoint detection in biometric data: retrospective nonparametric segmentation methods based on dynamic programming and sliding windows // Computer Research and Modeling, 2024, vol. 16, no. 5, pp. 1295-1321
DOI: 10.20537/2076-7633-2024-16-5-1295-1321
URL: http://crm.ics.org.ru/journal/article/3529/
Creative Commons License Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License.

Журнал индексируется в Scopus

Полнотекстовая версия журнала доступна также на сайте научной электронной библиотеки eLIBRARY.RU

Журнал входит в систему  Российского индекса научного цитирования.

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Международная Междисциплинарная Конференция "Математика. Компьютер. Образование"

Международная Междисциплинарная Конференция МАТЕМАТИКА. КОМПЬЮТЕР. ОБРАЗОВАНИЕ.

Copyright © 2009–2024 Институт компьютерных исследований