Кіріспе
Тіл білімі мен деректерді талдаудағы құбылыс. Ұзақ қашықтыққа тәуелділік (LRD), сондай-ақ ұзақ жады немесе ұзақ қашықтыққа беріктік деп аталады, кеңістіктік немесе уақыт қатар деректерін талдау кезінде кездесетін құбылыс. Ол екі нүкте арасындағы уақыт аралығының немесе кеңістіктік қашықтықтың артуымен олардың статистикалық байланысының қаншалықты баяу төмендейтінін көрсетеді. Құбылыс ұзақ қашықтыққа тәуелділігі бар деп есептеледі, егер байланыс экспоненциалдық төмендеуден де баяу төмендесе, әдетте, қуаттық төмендеу сияқты. LRD көбінесе өзіне ұқсас процестермен немесе өрістермен байланысты. LRD интернет-трафикті модельдеу, эконометрия, гидрология, тіл білімі және жер ғылымдары сияқты әртүрлі салаларда қолданылған. LRD-нің әртүрлі математикалық анықтамалары әртүрлі жағдайлар мен мақсаттар үшін қолданылады.
Long range dependence (LRD), also called long memory or long range persistence, is a phenomenon that may arise in the analysis of spatial or time series data. It relates to the rate of decay of statistical dependence of two points with increasing time interval or spatial distance between the points. A phenomenon is usually considered to have long range dependence if the dependence decays more slowly than an exponential decay, typically a power like decay. LRD is often related to self similar processes or fields. LRD has been used in various fields such as internet traffic modelling, econometrics, hydrology, linguistics and the earth sciences. Different mathematical definitions of LRD are used for different contexts and purposes.
Қысқа аралықтағы тәуелділік пен ұзақ аралықтағы тәуелділік
Ұзақ және қысқа арақашықтыққа тәуелді стационарлық процесті сипаттаудың бір жолы – олардың автоковарианстық функциялары арқылы. Қысқа арақашықтықтағы тәуелді процесс үшін, әртүрлі уақыттардағы мәндер арасындағы байланыс уақыт айырмашылығының ұлғаюымен тез төмендейді. Автоковариантылық белгілі бір уақыттан кейін нөлге жетеді немесе ақырында экспоненциалды түрде ыдырайды. LRD жағдайында байланыс әлдеқайда күшті. Автоковариантылық функциясының ыдырауы қуаттық тәрізді болады, сондықтан ол экспоненциалды ыдыраудан баяу. Ұзақ және қысқа аралықтағы тәуелділікті сипаттаудың екінші жолы – бірізді мәндердің ішінара қосындысының дисперсиясы. Қысқа аралықтағы тәуелділік үшін дисперсия әдетте терминдер санына пропорционалды түрде өседі. Ал LRD үшін, ішінара қосындының дисперсиясы одан да жылдам өседі, көбінесе 1-ден үлкен көрсеткіші бар қуат функциясы түрінде. Бұл мінез-құлықты зерттеу үшін қайта масштабталған диапазонды қолдануға болады. Бұл ұзақ мерзімді тәуелділіктің су ресурстарын басқару үшін өзендердегі бөгеттерді жобалауда маңызды рөл атқарады, онда қосындылар бөгетке ұзақ уақыт бойы түсетін жалпы су ағынына сәйкес келеді. Жоғарыда аталған екі тәсіл математикалық тұрғыдан байланысты, бірақ олар LRD-ді анықтаудың жалғыз жолдары емес. Егер процесс автоковариантылыққа ие болмаса (құйрықтары ауыр болса), LRD-нің мәнін анықтаудың басқа жолдарын табу қажет, және бұл көбінесе өзіне ұқсас процестердің көмегімен жасалады. Хёрст параметрі H – уақыт қатарындағы ұзақ мерзімді тәуелділіктің өлшемі (бірақ өзіне ұқсас процестер контекстінде басқа мағынасы бар). H 0-ден 1-ге дейінгі мәндерді қабылдайды. 0,5 мәні ұзақ мерзімді тәуелділіктің жоқтығын көрсетеді. H 1-ге неғұрлым жақын болса, соғұрлым тұрақтылықтың немесе ұзақ мерзімді тәуелділіктің дәрежесі жоғары болады. H 0,5-тен төмен болса, ол антиперсистенцияны көрсетеді, бұл LRD-ге керісінше, процесстің күшті теріс корреляцияға ие екенін және оның күрт құбылуға бейім екенін білдіреді.
Өзіндік ұқсас процестермен байланысы
Стационарлық LRD тізбегін ескере отырып, егер бөлшектік соманы тиісті масштабтағаннан кейін мүшелер санымен индекстелген процесс ретінде қараса, онда ол асимптотикалық тұрғыдан стационарлық инкременттері бар өзіне ұқсас процесс болып табылады, ең көп кездесетіні – фракциялық Браун қозғалысы. Керісінше, Хурст индексі H > 0,5 болатын стационарлық инкременттері бар өзіне ұқсас процесс берілген жағдайда, оның инкременттері (процестің тізбектелген айырмалары) стационарлық LRD тізбегін құрайды. Бұл тізбек қысқа мерзімді тәуелділікке ие болғанда да дұрыс, бірақ бұл жағдайда бөлшектік сомадан туындайтын өзіне ұқсас процесс тек Браун қозғалысы (H = 0,5) бола алады.
Модельдер
Ұзақ мерзімді тәуелділікті модельдеу үшін қолданылатын стохастикалық модельдердің ішінде, ең көп таралғандары – дискретті уақыт процестері үшін анықталатын авторегрессиялық-фракциялық интеграцияланған жылжымалы орташа модельдері. Ал үздіксіз уақыт модельдері фракциялық Браун қозғалысынан басталуы мүмкін.