城市污水處理廠存在著“數(shù)據(jù)豐富，但信息貧乏”的現(xiàn)象。同時污水處理過程作為一個復(fù)雜的工業(yè)過程，它的數(shù)據(jù)跟商業(yè)、金融、生物學(xué)等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)相比具有不同的特點(diǎn)：1．?dāng)?shù)據(jù)量巨大、高維且有較強(qiáng)的耦合性；2．工業(yè)噪聲和過程中的不確定性；3．動態(tài)性與數(shù)據(jù)類型的多樣性；4．多時標(biāo)性與不完整性；5．多模態(tài)性�；谶@樣一個事實(shí)，本文從數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、城市污水量的非線性動力學(xué)分析和預(yù)測、城市污水處理廠異常檢測與異常征兆模式挖掘、活性污泥工藝仿真平臺的構(gòu)建和擴(kuò)展等多個方面研究了城市污水處理廠數(shù)據(jù)挖掘的理論和方法，主要工作和創(chuàng)新總結(jié)如下：1．在數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)方面，對數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)歸約等一系列的數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行了研究，并給出了相應(yīng)的一系列算法。在這些研究的基礎(chǔ)上，提出主題和應(yīng)用雙層導(dǎo)向的數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，并利用這種技術(shù)設(shè)計了三個不同主題應(yīng)用的數(shù)據(jù)預(yù)處理過程。2．在城市污水量的非線性動力學(xué)分析和預(yù)測方面，首先對Grassberger & Procaccia（GP）算法、虛假近鄰法、Cao方法、自相關(guān)函數(shù)法、互信息量法和CC算法等相空間重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了研究，并用這些技術(shù)進(jìn)行了相空間重構(gòu)。在此基... 

【文章來源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

KDD過程

城市污水處理廠數(shù)據(jù)挖掘及相關(guān)技術(shù)研究廠采用改良型氧化溝工藝，設(shè)計二級處理能力14萬立方米舊。其中，處理的污水65%為生活污水，35%為工業(yè)廢水。2002.11一2003.10污水水量觀測序列見圖3.1，采樣時間為1小時。下專︸︸號圖3.1污水處理廠入流量時間序列 F193.1Timeseriesofwastewaterinfluent3.2混沌概述3.2.1混沌產(chǎn)生的原因混沌是指由確定性非線性動力學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的，貌似隨機(jī)的運(yùn)動。動力學(xué)系統(tǒng)通常由微分方程、差分方程或簡單的迭代方程所描述，“決定性”的指方程中的系數(shù)都是確定的，沒有概率性的因素。從數(shù)學(xué)上說，對于確定的初始值，決定性的方程應(yīng)給出確定的解，描述著系統(tǒng)確定的行為。但在某些非線性系統(tǒng)中，這種過程會因初始值極微小的擾動而產(chǎn)生很大的變化，即系統(tǒng)對初值依賴的敏感性。由于這種初值敏感性，從物理上看，過程好像是隨機(jī)的。混沌現(xiàn)象說明在確定性系統(tǒng)中不需附加任何隨機(jī)因素也可出現(xiàn)類似隨機(jī)的行為。這與經(jīng)典物理學(xué)的決定論是不相符的。Laplace的決定論認(rèn)為

刻的值無法知道以后任何時刻的確定值，即系統(tǒng)在短期內(nèi)也是不可預(yù)測的。于確定性系統(tǒng)，它的短期行為是完全確定的，只是由于對初值依賴的敏感，確定性運(yùn)動在長期內(nèi)不可預(yù)測。如果初始值的精度越高，從理論上來說，混統(tǒng)可以預(yù)測的時間就越長;而真正的隨機(jī)系統(tǒng)中初始值的精度超過隨機(jī)系數(shù)不管怎么提高也不會對預(yù)測有什么影響。下面通過Lorenz系統(tǒng)來說明混沌是產(chǎn)生的。Lorenz系統(tǒng)可由一個三維的常微分方程組來表示:去下甲=“Ly一x)at辦一廠=氣U一乙少萬一yatde一=一cz+砂dt(3.1)式4.1中a=10，b=40，c=8/3。取初始點(diǎn)AC8，一8，19)和初始點(diǎn)BC8，一8，19.1)，間步長為0.01，迭代求解，結(jié)果如圖3.2所示。


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