Recently, a new output-only modal identification method based on time-frequency independent component analysis (ICA) has been developed by the authors and shown to be useful for even highly-damped structures. In many cases, it is of interest to identify the complex modes of structures with non-proportional damping. This study extends the time-frequency ICA based method to a complex ICA formulation for output-only modal identification of non-proportionally-damped structures. The connection is established between complex ICA model and the complex-valued modal expansion with sparse time-frequency representation, thereby blindly separating the measured structural responses into the complex mode matrix and complex-valued modal responses. Numerical simulation on a non-proportionally-damped system, laboratory experiment on a highly-damped three-story frame, and a real-world highly-damped base-isolated structure identification example demonstrate the capability of the time-frequency complex ICA method for identification of structures with complex modes in a straightforward and efficient manner.
Independent Component Analysis (ICA) is a blind source separation method using unsupervised learning and mutual information theory created in the late eighties and developed in the nineties. It has already succeeded in separating eye movement artifacts from human scalp EEG recording. Several characteristic sleep waves such as sleep spindle, K-complex, and positive occipital sharp transient of sleep (POSTS) can be recorded during sleep EEG recording. They are used as stage determining factors of sleep staging and might be reflections of unknown neural sources during sleep. We applied the ICA method to sleep EEG for sleep waves separation. Eighteen channel scalp longitudinal bipolar montage was used for the EEG recording. With the sampling rate of 256Hz, digital EEG data were converted into 18 by n matrix which was used as a original data matrix X. Independent source matrix U (18 by n) was obtained by independent component analysis method ($U=W{\timex}X$, where W is an 18 by 18 matrix obtained by ICA procedures). ICA was applied to the original EEG containing sleep spindle, K-complex, and POSTS. Among the 18 independent components, those containing characteristic shape of sleep waves could be identified. Each independent component was reconstructed into original montage by the product of inverse matrix of W (inv(W)) and U. The reconstructed EEG might be a separation of sleep waves without other components of original EEG matrix X. This result (might) demonstrates that characteristic sleep waves may be separated from original EEG of unknown mixed neural origins by the Independent Component Analysis (ICA) method.
포유류 동물의 시각피질 세포에 나타나는 특징은 크게 단순특징을 추출하는 simple cell과 복잡한 특징에 반응하는 complex cell로 구분된다. 특히, 하위 계층의 세포들은 단순특징을 추출하며, 상위 계층으로 갈수록 복합특징을 추출하는 세포들이 존재한다. 이 연구에서는 입력영상에 독립성분분석을 적용하여 complex cell에 대응하는 복잡한한 특징을 추출하였다. 이 결과는 시각피질 세포의 정보처리에 대한 방식에 대한 이해를 기반으로 시각정보처리 알고리즘을 개발하는 데 기여할 것이다.
포유류 동물의 시각피질 세포에 나타나는 특징은 크게 단순특징을 추출하는 simple cell과 복잡한 특징에 반응하는 complex cell로 구분된다. 이 연구에서는 입력영상에 독립성분분석을 적응하여 complex cell에 대응하는 복잡한 특징을 추출하였다. 이 결과는 시각피질 세포의 정보처리에 대한 방식을 이해하는 데 기여할 것이다.
In hydrology, it is a difficult task to deal with multivariate time series such as modeling streamflows of an entire complex river system. Normal distribution based model such as MARMA (Multivariate Autorgressive Moving average) has been a major approach for modeling the multivariate time series. There are some limitations for the normal based models. One of them might be the unfavorable data-transformation forcing that the data follow the normal distribution. Furthermore, the high dimension multivariate model requires the very large parameter matrix. As an alternative, one might be decomposing the multivariate data into independent components and modeling it individually. In 1985, Lins used Principal Component Analysis (PCA). The five scores, the decomposed data from the original data, were taken and were formulated individually. The one of the five scores were modeled with AR-2 while the others are modeled with AR-1 model. From the time series analysis using the scores of the five components, he noted "principal component time series might provide a relatively simple and meaningful alternative to conventional large MARMA models". This study is inspired from the researcher's quote to develop a multivariate simulation model. The multivariate simulation model is suggested here using Principal Component Analysis (PCA) and Independent Component Analysis (ICA). Three modeling step is applied for simulation. (1) PCA is used to decompose the correlated multivariate data into the uncorrelated data while ICA decomposes the data into independent components. Here, the autocorrelation structure of the decomposed data is still dominant, which is inherited from the data of the original domain. (2) Each component is resampled by block bootstrapping or K-nearest neighbor. (3) The resampled components bring back to original domain. From using the suggested approach one might expect that a) the simulated data are different with the historical data, b) no data transformation is required (in case of ICA), c) a complex system can be decomposed into independent component and modeled individually. The model with PCA and ICA are compared with the various statistics such as the basic statistics (mean, standard deviation, skewness, autocorrelation), and reservoir-related statistics, kernel density estimate.
We use principal component analysis (PCA) to identify exons of a gene and further analyze their internal structures. The PCA is conducted on the short-time Fourier transform (STFT) based on the 64 codon sequences and the 4 nucleotide sequences. By comparing to independent component analysis (ICA), we can differentiate between the exon and intron regions, and how they are correlated in terms of the square magnitudes of STFTs. The experiment is done on the gene F56F11.4 in the chromosome III of C. elegans. For this data, the nucleotide based PCA identifies the exon and intron regions clearly. The codon based PCA reveals a weak internal structure in some exon regions, but not the others. The result of ICA shows that the nucleotides thymine (T) and guanine (G) have almost all the information of the exon and intron regions for this data. We hypothesize the existence of complex exon structures that deserve more detailed analysis.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권1호
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pp.128-141
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2015
Independent Component Analysis (ICA), one of the blind source separation methods, can be applied for extracting unknown source signals only from received signals. This is accomplished by finding statistical independence of signal mixtures and has been successfully applied to myriad fields such as medical science, image processing, and numerous others. Nevertheless, there are inherent problems that have been reported when using this technique: instability and invalid ordering of separated signals, particularly when using a conventional ICA technique in vibratory source signal identification of complex structures. In this study, a simple iterative algorithm of the conventional ICA has been proposed to mitigate these problems. The proposed method to extract more stable source signals having valid order includes an iterative and reordering process of extracted mixing matrix to reconstruct finally converged source signals, referring to the magnitudes of correlation coefficients between the intermediately separated signals and the signals measured on or nearby sources. In order to review the problems of the conventional ICA technique and to validate the proposed method, numerical analyses have been carried out for a virtual response model and a 30 m class submarine model. Moreover, in order to investigate applicability of the proposed method to real problem of complex structure, an experiment has been carried out for a scaled submarine mockup. The results show that the proposed method could resolve the inherent problems of a conventional ICA technique.
This paper is about the extraction of basis function for ECG signal processing. In the first step, it is assumed that ECG signal consists of linearly mixed independent source signals. 12 channel ECG signals, which were sampled at 600sps, were used and the basis function, which can separate and detect source signals - QRS complex, P and T waves, - was found by applying the fast fixed point algorithm, which is one of learning algorithms in independent component analysis(ICA). The possibilities of significant point detection and classification of normal and abnormal ECG, using the basis function, were suggested. Finally, the proposed method showed that it could overcome the difficulty in separating specific frequency in ECG signal processing by wavelet transform. And, it was found that independent component analysis(ICA) could be applied to ECG signal processing for detection of significant points and classification of abnormal beats.
Process monitoring has been emphasized for the monitoring of complex system such as chemical processing industries to achieve the efficiency enhancement, quality management, safety improvement. Recently, ICA (Independent Component Analysis) based MSPC (Multivariate Statistical Process Control) was widely used in process monitoring approaches. Moreover, DICA (Dynamic ICA) has been introduced to consider the system dynamics. However, the existing approaches show the limitation that their performances are strongly dependent on the statistical distributions of control variables. To improve the limitation, we propose a novel approach for process monitoring by integrating DICA and LOF (Local Outlier Factor). In this paper, we aim to improve the fault detection rate with the proposed method. LOF detects local outliers by using density of surrounding space so that its performance is regardless of data distribution. Therefore, the proposed method not only can consider the system dynamics but can also assure robust performance regardless of the statistical distributions of control variables. Comparison experiments were conducted on the widely used benchmark dataset, Tennessee Eastman process (TE process), and showed the improved performance than existing approaches.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제5권2호
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pp.131-135
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2005
This paper proposes an efficient face recognition using independent component analysis(ICA) derived from the fixed point(FP) algorithm based on secant method. The secant method can exclude the complex computation of differential process from the FP based on Newton method. The proposed ICA has been applied to recognize the 20 Yale face images of $324\times324$ pixels. The experimental results show that the proposed ICA is superior to PCA not only in the restoration performance of basis images but also in the recognition performance of the trained images and the test images. Then negative angle as similarity measures has better recognition ratio than city-block and Euclidean.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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