Кіріспе
Тейлор сериясына ұқсас сызықтық емес әсерлерді шамалау моделі Вольтерра сериясы Тейлор сериясына ұқсас сызықтық емес мінез-құлық моделі. Ол Тейлор сериясынан "естелік" әсерлерін түсіру қабілетімен ерекшеленеді. Тейлор сериясы, егер жүйенің шығысы сол белгілі бір уақыттағы кіріске қатаң тәуелді болса, сызықтық емес жүйенің берілген кіріске жауап беруін шамалау үшін пайдаланылуы мүмкін. Вольтерра сериясында сызықтық емес жүйенің шығысы басқа уақытта жүйеге енгізілгенге байланысты. Бұл конденсаторлар мен индукторлар сияқты құрылғылардың "жады" әсерін түсіруге мүмкіндік береді. Ол медицина (биомедициналық инженерия) және биология, әсіресе нейробиол. Ол сондай-ақ электр техникасында көптеген құрылғыларда, соның ішінде қуат күшейткіштерде және жиілік араластырғыштарда интермодуляциялық бұрмалауды модельдеу үшін қолданылады. Оның басты артықшылығы жалпыланатындығында: ол жүйелердің кең ауқымын білдіре алады. Сондықтан оны кейде параметрлік емес модель деп қарастырады. Математикада Вольтерра тізбектері динамикалық, сызықтық емес, уақытқа бейім функционалдың функционалдық кеңеюін білдіреді. Volterra сериясы жүйелерді анықтау кезінде жиі қолданылады. Вольтерра теоремасын дәлелдеу үшін қолданылатын Вольтерра сериясы - көп өлшемді ырғақты интегралдардың шексіз қосындысы.
The Volterra series is a model for non linear behavior similar to the Taylor series. It differs from the Taylor series in its ability to capture "memory" effects. The Taylor series can be used for approximating the response of a nonlinear system to a given input if the output of the system depends strictly on the input at that particular time. In the Volterra series, the output of the nonlinear system depends on the input to the system at all other times. This provides the ability to capture the "memory" effect of devices like capacitors and inductors. It has been applied in the fields of medicine (biomedical engineering) and biology, especially neuroscience. It is also used in electrical engineering to model intermodulation distortion in many devices, including power amplifiers and frequency mixers. Its main advantage lies in its generalizability: it can represent a wide range of systems. Thus, it is sometimes considered a non parametric model. In mathematics, a Volterra series denotes a functional expansion of a dynamic, nonlinear, time invariant functional. The Volterra series are frequently used in system identification. The Volterra series, which is used to prove the Volterra theorem, is an infinite sum of multidimensional convolutional integrals.
Тарих
Вольтерра сериясы - итальяндық математик Вито Вольтерраның 1887 жылы жазған жұмысында аналитикалық функционалдар теориясының жаңғыртылған нұсқасы. Норберт Винер бұл теорияға 1920 жылдары Вольтерраның студенті Пол Левимен байланысқа түскеннен кейін қызығушылық танытты. Винер өзінің Браун қозғалысы теориясын Вольтерраның аналитикалық функцияларының интеграциясына қолданды. Системалық талдау үшін Вольтерра сериясын пайдалану 1942 жылы МТИ-де математика профессоры болған Винердің соғыс уақытындағы шектеулі есебінен бастау алды. Ол осы серияны радиолокациялық шудың сызықтық емес қабылдағыш схемасындағы әсерін шамамен талдау үшін қолданды. Бұл есеп соғыстан кейін жарияланды. Сызықтық емес жүйелерді талдаудың жалпы әдісі ретінде Вольтерра сериясы 1957 жылдан кейін, MIT және басқа да жерлерде жеке таратылған бірқатар есептердің нәтижесінде пайда болды. "Волтерра" сериясы деген атау бірнеше жылдан кейін пайда болды.
Ядролық коэффициенттерді бағалау әдістері
Вольтерра коэффициенттерін жеке-жеке бағалау күрделі, өйткені Вольтерра сериясының негізгі функциялары өзара байланысты. Бұл коэффициенттер үшін интегралды теңдеулер жиынтығын бір мезгілде шешу мәселесіне әкеледі. Сондықтан, Вольтерра коэффициенттерін бағалау әдетте ортогоналдалған тізбектің коэффициенттерін бағалау арқылы, мысалы, Вьенер тізбектері, содан кейін бастапқы Вольтерра тізбектерінің коэффициенттерін қайта есептеу арқылы жүргізіледі. Вольтерра сериясының ортогоналдалған серияға қарағанда басты тартымдылығы оның интуитивті, каноникалық құрылымында, яғни барлық кіріс өзара әрекеттесулері бір тұрақты дәрежеге ие. Ортогоналдалған негіз функциялары әдетте өте күрделі болады. Келесі әдістердің айырмашылығы маңызды аспект, негіз функционалдардың ортогонализациясы кіріс сигналының идеалданған спецификациясында (мысалы, Гаусс, ақ шу) немесе кірістің нақты іске асырылуында (мысалы, псевдо кездейсоқ, шектелген, Гаусс ақ шуының немесе кез келген басқа ынталандырудың ақ-қара нұсқасы) орындалуы керек пе. Соңғы әдістер, математикалық көркемдіктің жоқтығына қарамастан, икемді (сараптамалық енгізулерді оңай орналастыруға болады) және дәл (кіріс сигналының идеалданған нұсқасы әрқашан жүзеге асырылмайтын әсерге байланысты) екені дәлелденді.
Сызықтық регрессия
Сызықтық регрессия - сызықтық талдаудың стандартты құралы. Сондықтан оның басты артықшылықтарының бірі - сызықтық регрессияларды тиімді шешу үшін стандартты құралдардың кеңінен таралуы. Бұл Volterra тізбектерінің негізгі қасиетін: сызықтық емес негізді функционалдардың сызықтық комбинациясын ерекшелендіре отырып, белгілі бір білім беру құндылығына ие. Бағалау үшін түпнұсқаның реті белгілі болуы керек, өйткені Вольтерра негізіндегі функционалдар ортогональ емес, сондықтан бағалауды бірте-бірте орындау мүмкін емес.
Ядролық әдіс
Бұл әдісті Франц пен Шелкопф ойлап тапты және статистикалық оқыту теориясына негізделген. Нәтижесінде бұл тәсіл эмпирикалық қателікті азайтуға негізделген (көбінесе эмпирикалық тәуекелдерді азайту деп аталады). Франц пен Шелкопф ядролық әдіс негізінен Волтерра сериясының бейнелеуін алмастыра алады деп ұсынды, бірақ соңғысы интуитивтірек екенін атап өтті.
Дифференциалдық сынама алу
Бұл әдісті ван Хемен және оның әріптестері әзірледі және Дирак дельта функцияларын пайдаланып, Вольтерра коэффициенттерін үлгілейді.