Dynamic Time Warping is arguably the most popular similarity measure for time series, where we define a time series to be a one-dimensional polygonal curve. The drawback of Dynamic Time Warping is that it is sensitive to the sampling rate of the time series. The Fr\'echet distance is an alternative that has gained popularity, however, its drawback is that it is sensitive to outliers. Continuous Dynamic Time Warping (CDTW) is a recently proposed alternative that does not exhibit the aforementioned drawbacks. CDTW combines the continuous nature of the Fr\'echet distance with the summation of Dynamic Time Warping, resulting in a similarity measure that is robust to sampling rate and to outliers. In a recent experimental work of Brankovic et al., it was demonstrated that clustering under CDTW avoids the unwanted artifacts that appear when clustering under Dynamic Time Warping and under the Fr\'echet distance. Despite its advantages, the major shortcoming of CDTW is that there is no exact algorithm for computing CDTW, in polynomial time or otherwise. In this work, we present the first exact algorithm for computing CDTW of one-dimensional curves. Our algorithm runs in time $O(n^5)$ for a pair of one-dimensional curves, each with complexity at most $n$. In our algorithm, we propagate continuous functions in the dynamic program for CDTW, where the main difficulty lies in bounding the complexity of the functions. We believe that our result is an important first step towards CDTW becoming a practical similarity measure between curves.


翻译:动态时间规整(Dynamic Time Warping,DTW)是时间序列的最受欢迎的相似度度量之一,其中将时间序列定义为一维的多边形曲线。DTW的缺点是它对时间序列的采样率敏感。Fr\'echet距离(Fr\'echet distance)是一种越来越受欢迎的替代方法,但它的缺点是它对异常值敏感。连续动态时间规整(Continuous Dynamic Time Warping,CDTW)是最近提出的一个替代方法,它不会表现出上述缺点。CDTW结合了Fr\'echet距离的连续性和DTW的求和,得到了一种对采样率和异常值都具有鲁棒性的相似度度量。在Brankovic等人的最近的实验工作中,证明了在CDTW下聚类可以避免在DTW和Fr\'echet距离下聚类时出现的不良效应。尽管具有许多优点,CDTW的主要缺点是没有在多项式时间内计算CDTW的确切算法。在这项工作中,我们提出了第一个一维曲线CDTW的准确算法。我们的算法对于两个复杂度都小于n的一维曲线对运行时间为$O(n^5)$。在我们的算法中,我们在CDTW的动态规划中传播连续函数,其中主要困难在于界定函数的复杂性。我们认为这个结果是CDTW成为曲线之间实用的相似度度量的重要第一步。

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