Environmental time series data observed at high frequencies can be studied with approaches such as hidden Markov and semi-Markov models (HMM and HSMM). HSMMs extend the HMM by explicitly modeling the time spent in each state. In a discrete-time HSMM, the duration in each state can be modeled with a zero-truncated Poisson distribution, where the duration parameter may be state-specific but constant in time. We extend the HSMM by allowing the state-specific duration parameters to vary in time and model them as a function of known covariates observed over a period of time leading up to a state transition. In addition, we propose a data subsampling approach given that high-frequency data can violate the conditional independence assumption of the HSMM. We apply the model to high-frequency data collected by an instrumented buoy in Lake Mendota. We model the phycocyanin concentration, which is used in aquatic systems to estimate the relative abundance of blue-green algae, and identify important time-varying effects associated with the duration in each state.


翻译:在高频观测的环境时间序列数据可以使用隐藏的Markov和半Markov模型(HMM和HSMM)等方法进行研究。 HSMMs通过对每个州的时间进行明确模拟来延长HMMM。在一个离散的HSMM中,每个州的时间长度都可以用零流波森分布模型来模拟,其持续时间参数可以是特定状态,但时间是恒定的。我们延长HSMMM,允许特定州的时间参数在时间上有所变化,并将这些参数作为在一段期间观察到的已知共变系数的函数来模拟,直至国家转型。此外,我们建议一种数据分样方法,因为高频数据可能违反HSMMM的有条件独立假设。我们将该模型应用于在门多托塔湖仪器浮标定的高频数据。我们模拟了在水生系统中用来估计蓝绿色藻相对丰度的植物浓度,并查明与每个州持续时间相关的重要时间变化效应。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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