Recently a method which employs computing of fluctuations in a measure of nonlinear similarity based on local recurrence properties in a univariate time series, was introduced to identify distinct dynamical regimes and transitions between them in a short time series [1]. Here we present the details of the analytical relationships between the newly introduced measure and the well known concepts of attractor dimensions and Lyapunov exponents. We show that the new measure has linear dependence on the effective dimension of the attractor and it measures the variations in the sum of the Lyapunov spectrum. To illustrate the practical usefulness of the method, we employ it to identify various types of dynamical transitions in different nonlinear models. Also, we present testbed examples for the new method's robustness against the presence of noise and missing values in the time series. Furthermore, we use this method to analyze time series from the field of social dynamics, where we present an analysis of the US crime record's time series from the year 1975 to 1993. Using this method, we have found that dynamical complexity in robberies was influenced by the unemployment rate till late 1980's. We have also observed a dynamical transition in homicide and robbery rates in the late 1980's and early 1990's, leading to increase in the dynamical complexity of these rates.


翻译:最近采用了一种方法,在单一时间序列中,根据局部重复性特性,对非线性相似特性的波动进行计算,最近采用了一种方法,在非线性时间序列中,根据非线性重复性特性来计算波动。我们采用了这种方法,以便在一个短时间序列[1]中确定不同的动态制度和它们之间的转变。我们在这里介绍了新引入的措施与吸引者维度和Lyapunov Exponents等众所周知的概念之间的分析关系的细节。我们表明,新措施对吸引者的有效维度有线性依赖,它测量了Lyapunov频谱总和的变化。为了说明这种方法的实际用途,我们使用了这种方法来查明不同非线性模型中各种动态转变的类型。我们还提出了新方法对时间序列中噪音和缺失值的稳健度的测试实例。此外,我们使用这种方法从社会动态领域分析时间序列,我们从1975年至1993年对美国犯罪记录的时间序列进行分析。我们用这种方法发现,抢劫活动的复杂性一直受到1980年代后期失业率的影响。我们还观察到了1980年代杀人和抢劫率的动态变化率在1990年代到1990年代的上升。

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