Cyclic signals classification by codegrams characterizing the dynamics of cycles shape changing

• Опубліковано в: : Проблемы управления и информатики
• Дата: 2022
• Автор: Fainzilberg, L.
• Формат: Стаття
• Мова: Англійська
• Опубліковано: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2022
• Теми: Технічні засоби для вимірювань та керування
• Онлайн доступ: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/210892
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Цитувати: Cyclic signals classification by codegrams characterizing the dynamics of cycles shape changing / L. Fainzilberg // Проблеми керування та інформатики. — 2022. — № 3. — С. 112-123. — Бібліогр.: 16 назв. — англ.

Research in engineering, biology, economics, and other fields is often related to the analysis of observed processes that have a repetitive nature over time. One of the promising approaches to solving the problem of analyzing and interpreting such signals is based on transforming the original cyclic signal into a sequence of symbols from a certain alphabet, for which methods of mathematical linguistics can be used. The linguistic approach to processing cyclic signals involves constructing a codegram that characterizes the dynamics of changes in the shape of successive cycles. It is proposed to use binary and ternary indicator functions to construct codegrams. A procedure for determining the optimal threshold value of insensitivity to changes in signal parameters is proposed, which ensures the minimum within-class distances and maximum between-class distances. Reference classes are constructed based on the pairwise Levenshtein distance matrix between the codegrams of the training sample of each class and the determination of the codegram that is at the minimum total distance from other codegrams of the analyzed class. Computational procedures are proposed that allow determining the dominant patterns of classes in the form of three-character patterns of codegrams. Дослідження в техніці, біології, економіці та інших областях часто повʼязані з аналізом спостережуваних процесів, які мають характер, що повторюється в часі. Один із перспективних підходів до вирішення проблеми аналізу та інтерпретації таких сигналів заснований на перетворенні вихідного циклічного сигналу на послідовність символів деякого алфавіту, для якої можуть бути використані методи математичної лінгвістики. Лінгвістичний підхід до оброблення циклічних сигналів передбачає побудову кодограми, що характеризує динаміку зміни форми послідовних циклів. Для побудови кодограм запропоновано використовувати двозначні та тризначні індикаторні функції. Запропоновано процедуру визначення оптимального значення порогу нечутливості до зміни параметрів сигналу, що забезпечує мінімум внутрішньокласових відстаней та максимум міжкласових відстаней. Побудову еталонів класів, що розпізнаються, засновано на матриці парних відстаней Левенштейна між кодограмами навчальної вибірки кожного зкласів і визначенні кодограми, яка знаходиться на мінімальній сумарній відстані від інших кодограм аналізованого класу. Запропоновано обчислювальні процедури, що дозволяють визначати домінантні патерни класів у вигляді трисимвольних патернів кодограм. Розробленовирішальні правила, що дозволяють класифікувати оброблювані циклічні сигнали за еталонами кодограм та домінантними патернами.На прикладах оброблення електрокардіограм продемонстровано ефективність запропонованого підходу. Встановлено, що побудоване вирішальне правило забезпечує чутливість і специфічність при класифікації електрокардіограм хворих на ішемічну хворобу серця і здорових добровольців навіть за відсутності на ЕКГ загальноприйнятих діагностичних ознак ішемії міокарда. Доцільно продовжити дослідження, спрямовані на вивчення можливості подальшого підвищення ефективності запропонованого підходу, зокрема, на основі оброблення кодограм з використанням алгоритмів вирівнювання послідовностей, які активно застосовують у біоінформатиці.