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Unterscheidung Rauschen - Chaos

Einem deterministischen, chaotischen Prozeß liegen meist recht einfache Gleichungen zugrunde. Diese Gleichungen produzieren Zahlenreihen (bzw. Graphen), die wie zufällig aussehen. Stammen die Zahlenreihen dagegen von einem wirklichen Zufallsprozeß, sehen sie zwar genauso aus, aber es gibt bei ihnen keine zugrundeliegenden Gleichungen. Wissenschaftler, die sich mit Rauschen oder mit Chaos beschäftigen, haben deshalb Methoden entwickelt, um zwischen beidem unterscheiden zu können.
Die amerikanischen Wissenschaftler Kennel und Isabelle stellen in ihrem Artikel ``A method to distinguish possible chaos from colored noise and determine embedding parameters,, eine Methode vor, um Chaos von farbigem Rauschen zu unterscheiden. Weiterhin ist es mit der Methode möglich, die im Chaos enthaltenen Parameter, zum Beispiel Dimension und Zeitverzögerung, zu bestimmen, um die chaotische Zeitreihe rekonstruieren zu können. Eine eventuell enthaltene Vorherbestimmung des Signales kann sogar noch erkannt werden, wenn bis zu 50 Prozent Rauschen dem Signal überlagert ist.

Bei der hier vorgestellten Methode wird versucht, den Verlauf der gegebenen Zeitreihe vorrauszusagen. Die Abweichung des vorrausgesagten Wertes vom tatsächlichen nächsten Wert ist der Vorhersagefehler. Dann werden vom Computer Zufallszeitreihen erzeugt, und ebenfalls die Vorhersagefehler ermittelt. Ist der Vorhersagefehler der gegebenen Zeitreihe kleiner als die Vorhersagefehler der Zufallszeitreihen, bedeutet dies, daß die gegebenen Originaldaten durch Gleichungen vorherbestimmt sind. Falls die Vorhersagefehler ungefähr gleich sind, sind alle Zeitreihen zufällig, und die eingegebenen Daten sind Rauschen. Damit kann weißes Rauschen, das unkorreliert ist, von deterministischem Chaos unterschieden werden. Farbiges Rauschen dagegen ist korreliert, es besitzt Wechselbeziehungen zwischen Punkten die einen kleinen zeitlichen Abstand voneinander haben. Andere Algorithmen versagen deshalb bei farbigem Rauschen, weil sie aus diesem Korrelationen auf einen Determinismus schließen. Kennel und Isabelle erzeugen in diesem Fall Zufallszeitreihen, die das gleiche Leistungsspektrum (die gleiche Frequenzverteilung), und damit die gleichen Korrelationen, besitzen wie die gegebenen Daten. Außerdem werden Punkte, die zeitlich einen kleinen Abstand haben, nicht für die Vorhersage des nächsten Punktes verwendet. Dadurch wird der Einfluß von Kurzzeit-Korrelationen vermindert, und die Leistungsfähigkeit der Methode erhöht.



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Wed Jul 31 23:58:26 MET DST 1996