Nonparametric Functional Data Analysis

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出版者:Springer
作者:Frédéric Ferraty
出品人:
页数:278
译者:
出版时间:2006-06-06
价格:USD 79.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780387303697
丛书系列:
图书标签:
  • 科普
  • 数据处理
  • textbook統計
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具体描述

Modern apparatuses allow us to collect samples of functional data, mainly curves but also images. On the other hand, nonparametric statistics produces useful tools for standard data exploration. This book links these two fields of modern statistics by explaining how functional data can be studied through parameter-free statistical ideas. This book starts from theoretical foundations including functional nonparametric modeling, description of the mathematical framework, construction of the statistical methods, and statements of their asymptotic behaviors. It proceeds to computational issues including R and S-PLUS routines. Several functional datasets in chemometrics, econometrics, and pattern recognition are used to emphasize the wide scope of nonparametric functional data analysis in applied sciences. The companion Web site includes R and S-PLUS routines, command lines for reproducing examples presented in the book, and the functional datasets.</P>

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Rather than set application against theory, this book is really an interface of these two features of statistics. A special effort has been made in writing this book to accommodate several levels of reading. The computational aspects are oriented toward practitioners whereas open problems emerging from this new field of statistics will attract Ph.D. students and academic researchers. Finally, this book is also accessible to graduate students starting in the area of functional statistics. </P>

《非参数函数数据分析》 旨在为读者提供一个全面且深入的视角,探索那些难以用传统参数模型精确捕捉的复杂数据结构。本书不局限于单一的统计学派别,而是集萃了多种非参数方法的精髓,致力于解决实际问题中普遍存在的、数据分布未知或假设难以满足的情况。 本书核心内容涵盖: 第一部分:函数数据的基础与预处理 函数数据的概念与表示: 我们将首先明确什么是函数数据,以及它与传统向量数据的区别。本书将介绍函数数据的常见表示方法,例如通过样条函数、傅里叶基、小波基等进行离散化或光滑化处理。读者将理解如何将观测到的离散点数据转化为具有连续性的函数对象,为后续分析奠定基础。 函数数据的可视化与探索性分析: 在进行任何统计建模之前,充分理解数据的性质至关重要。本书将详细介绍用于可视化函数数据的多种技术,包括平均函数图、方差函数图、主成分分析(PCA)在函数数据上的应用,以及散点图矩阵的拓展,帮助读者直观地感知数据的整体趋势、变异性和潜在的聚类结构。 函数数据的降维与特征提取: 许多实际函数数据维度很高,直接分析计算量巨大且容易过拟合。本书将深入探讨多种非参数降维技术,例如函数主成分分析(FPCA)、核主成分分析(KPCA)以及基于独立成分分析(ICA)的方法。这些技术能够有效地提取函数数据中的主要变化模式,并将其表示为少数几个关键的函数成分,大大简化了后续的建模过程。 第二部分:非参数函数回归与建模 局部多项式回归(LOESS/LOWESS)与核回归: 这两类经典非参数方法是本书的重要组成部分。我们将详细介绍局部多项式回归的原理,包括核函数、带宽选择以及局部模型拟合。核回归作为其简化形式,也将在书中得到深入阐述。读者将学习如何利用这些方法对函数响应变量进行光滑估计,并理解其在函数回归模型中的应用。 样条回归与广义可加模型(GAM): 样条函数是处理平滑函数的一种强大工具。本书将详细介绍多种样条(如B样条、M样条、P样条)的构建与性质,以及如何将它们应用于函数回归模型。广义可加模型(GAM)在此基础上,允许模型由多个可加的平滑函数项组成,为建模提供了更大的灵活性,能够捕捉更复杂的非线性关系。 函数线性模型与非参数系数: 传统的线性模型假设系数是常数。本书将拓展至函数线性模型,其中自变量或因变量(或两者)是函数,并且系数也可能是函数。特别地,我们将重点介绍非参数系数的估计方法,例如通过核函数或样条函数来估计随时间(或另一变量)变化的系数,这在很多应用场景下更为贴切。 非参数函数方差分析(ANOVA)与分组比较: 对于存在分组的函数数据,本书将介绍如何进行非参数的方差分析。这包括但不限于基于核密度估计或基于秩和的检验方法,用于比较不同组别的函数均值或函数分布是否存在显著差异。这些方法在生物学、医学、工程学等领域有着广泛的应用。 第三部分:函数数据的高级分析技术 函数数据聚类与分类: 识别函数数据中的相似模式是数据分析的关键一步。本书将介绍多种非参数聚类算法,如基于距离度量的K-means聚类、谱聚类,以及基于模型(如混合模型)的聚类方法。此外,对于函数数据的分类问题,我们将探讨基于核方法的支持向量机(SVM)以及其他非参数分类器在函数空间中的应用。 函数时间序列分析: 许多函数数据天然具有时间依赖性。本书将深入探讨函数时间序列的建模方法,包括函数自回归(AR)模型、函数移动平均(MA)模型以及更复杂的函数ARMA/ARIMA模型。我们将重点关注非参数估计方法,例如基于核的估计以及函数主成分分析在时间序列中的应用,以捕捉函数数据随时间的动态演变。 函数数据中的异常检测: 识别函数数据中的异常观测值对于保证分析结果的可靠性至关重要。本书将介绍多种非参数异常检测技术,包括基于距离的离群点检测、基于密度的方法以及基于函数主成分得分的检测方法。 函数数据与机器学习的融合: 随着机器学习的蓬勃发展,本书也将探讨如何将非参数函数数据分析方法与现代机器学习技术相结合。例如,如何利用函数作为特征输入到深度学习模型中,或者如何利用核方法来构建更强大的机器学习预测器。 本书的特点: 理论与实践并重: 本书在介绍统计理论的同时,也提供了大量的实际案例和应用,帮助读者理解理论知识如何在真实世界的数据中落地。 算法实现指导: 书中将提及或暗示多种算法的实现思路,并鼓励读者结合现有的统计软件(如R、Python)进行实践。 面向广泛读者: 无论您是统计学、机器学习、数据科学领域的学生、研究人员,还是在生物学、医学、工程学、经济学等领域需要处理复杂函数数据的专业人士,本书都将为您提供宝贵的知识和工具。 通过学习《非参数函数数据分析》,读者将能够自信地应对和分析那些参数模型无法充分描述的、蕴含丰富信息但又充满挑战的函数型数据。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的阅读体验,与其说是在学习一门技术,不如说是在进行一场深刻的哲学思辨。它挑战了我们对“数据”这个概念的传统认知。在信息爆炸的今天,我们处理的很多数据点不再是孤立的观测值,而是随时间、空间或其他连续变量演变的“曲线”或“曲面”。这本书成功地将这种高维、无限维度的函数对象纳入了可操作的统计框架之中。它的深度体现在对不同尺度下函数变异性(variability)的刻画上——从局部的、细微的波动到整体的趋势变化,作者都给出了相应的数学工具去量化和解释。我发现自己开始用一种全新的眼光看待时间序列分析和图像处理的结果,不再满足于简单的均值和方差描述,而是开始探索函数空间的内在几何结构。这种思维模式的转变,是任何一本纯粹介绍软件操作的手册都无法给予的宝贵财富。

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初次拿起这本书时,我本以为这是一本会让我望而却步的学术巨著,毕竟“非参数”和“函数数据分析”这两个词汇本身就带着一种高深的门槛感。然而,作者的叙述方式却出乎我的意料地平易近人。尽管涉及到复杂的统计模型和高维空间的处理,但叙述的逻辑链条却异常清晰。书中大量的图示和实际案例,比如对气候变化数据或生物信号处理的剖析,为抽象的理论提供了坚实的落地基础。我特别欣赏它在构建理论框架时所展现的耐心——它不是直接抛出公式,而是循序渐进地引导读者理解为什么需要非参数方法来处理那些传统的参数模型无法捕捉的复杂性。对于那些希望从传统的线性模型框架中跳脱出来,真正理解函数数据的内在结构和不确定性的研究者来说,这本书无疑提供了一张非常详尽的路线图。它没有过多纠缠于过于边缘或冷僻的数学推导,而是聚焦于那些在实际科研和工程领域中最具应用价值的核心技术和思想。

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作为一名应用统计背景的研究生,我最大的痛点往往在于理论书籍的“实践脱节”。这本书在这方面做得相当出色。它没有沉溺于纯粹的数学证明,而是将重点放在了如何将理论转化为可执行的分析流程上。书中对各种核函数、光滑度选择标准(如交叉验证、广义交叉验证)的讨论,详尽得令人赞叹。它清晰地指出了每种选择背后的权衡——是追求平滑度以降低方差,还是保留足够的灵活性以减少偏差。更重要的是,它没有将这些方法视为黑箱,而是鼓励读者深入理解这些选择如何影响最终的解释力和预测性能。读完相关章节后,我立即能够根据手中数据(例如脑电波信号的波动形态)的特性,有理有据地选择最合适的非参数平滑带宽,这极大地增强了我研究的可信度和严谨性。

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坦率地说,这本书的阅读难度不容小觑,它要求读者具备扎实的概率论和基础线性代数功底。但正因如此,它才能在深度上建立起别人难以企及的高度。我尤其欣赏作者在介绍复杂模型(如函数主成分分析或函数回归)时,所采用的对比教学法。它总是先回顾(或暗示)标准参数模型(如经典PCA)的局限性,然后巧妙地引入非参数解决方案如何优雅地克服这些限制。这种“问题导向”的叙事结构,使得每一个新的概念和公式推导都有了明确的驱动力,读者能清晰地感受到知识点的必要性。对于那些已经掌握了基础统计学,正寻求突破性工具来解决前沿科学问题的研究人员,这本书提供了一种系统性的、从底层逻辑出发的升级路径。

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这本书给我的整体印象是,它像一位经验丰富的导师,既有深厚的学术造诣,又懂得如何与初学者交流。它没有刻意使用过于华丽或晦涩的辞藻来彰显其学术地位,语言风格保持了一种克制而专业的基调。在面对函数数据固有的高维冗余和相关性问题时,书中提出的维度缩减和特征提取方法,其设计理念极具洞察力。例如,对函数距离度量方法的细致比较,帮助我理解了在不同应用场景下,欧氏距离、$L^2$距离乃至更复杂的度量标准如何影响后续的聚类或分类结果。这本书不仅仅是知识的汇编,更是一套严谨的分析思维训练手册,它训练你如何结构化地处理那些“连续的、流动的”信息流,将其转化为可被科学解释的定量结果,这一点对于跨学科研究者而言尤为珍贵。

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论文参考文献,Vieu是我认识的老师

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