Чим відрізняється просторова залежність від просторової неоднорідності?


9

Чим відрізняється просторова залежність від просторової неоднорідності?

Моє запитання мотивоване читанням проблем специфікації моделі в просторовій економетрії, зокрема Anselin (2010) .


1
Довідка була б корисною. З мого особистого досвіду ще не вся термінологія закріплена в просторовій економетрії, тобто різні автори можуть дати різні визначення.
mpiktas

1
У мене є відчуття, що Люк Анселін написав не один документ у 2010 році! Більш конкретне цитування (плюс посилання) було б корисним (хоча він використовував ці терміни ще з книги про просторову економетрику, надрукованої у 1988 році).
Andy W

Дякую за пропозицію - я додав посилання на папір.
mindless.panda

Відповіді:


14

Ці терміни, ймовірно, не мають загальновизнаного технічного визначення, але їх значення є досить зрозумілими: вони відносяться до варіантів просторового процесу другого порядку та першого порядку. Давайте візьмемо їх на замовлення після першого введення деяких стандартних понять.

Просторовий процес або просторовий стохастический процес можна розглядати як сукупність випадкових величин індексуються точками в просторі. (Змінні повинні задовольняти деяким природним умовам технічної узгодженості, щоб кваліфікуватись як процес: див . Теорему розширення Колмогорова .)

Зауважте, що просторовий процес є моделлю. Для аналізу та опису одних і тих же даних справедливо використовувати декілька різних (суперечливих) моделей. Наприклад, моделі природних концентрацій металів у ґрунтах можуть бути чисто стохастичними для малих регіонів (наприклад, гектар чи менше), тоді як для великих регіонів (що простягаються на багато кілометрів) зазвичай важливо детерміновано описати основні регіональні тенденції - тобто як форма просторової неоднорідності.

Просторова гетерогенність - це властивість просторового процесу, середня величина (або "інтенсивність") змінюється від точки до точки.

Середнє значення - це властивість першого порядку випадкової величини (тобто пов'язана з її першим моментом), звідки просторова гетерогенність може вважатися властивістю першого порядку процесу.

Просторова залежність - властивість просторового стохастичного процесу, в якому результати в різних місцях можуть залежати.

Часто ми можемо виміряти залежність з точки зору коваріації (другий момент) або співвідношення випадкових змінних: у цьому сенсі залежність можна розглядати як властивість другого порядку. (Стикери швидко ствердять, що кореляція та незалежність - це не одне і те ж, тому прирівнювання залежності до властивостей другого порядку, хоча й інтуїтивно корисно, загалом не вірно.)

Коли ви бачите шаблони в просторових даних, зазвичай їх можна описати як неоднорідність або залежність (або обидва), залежно від мети аналізу, попередньої інформації та кількості даних.

Деякі прості, добре вивчені приклади ілюструють ці ідеї.

Процес Пуассона

На цьому малюнку квадрат окреслює площу більшої просторової інтенсивності. Однак усі точки точок є незалежними: кластеризація та прогалини в точках є типовими для незалежних випадково вибраних місць.

  • Середнє середовище або згортання процесу "білого шуму" є просторово однорідним, але має просторову залежність.

Гауссовий фільтр

Просторова залежність у цьому гауссовому процесі очевидна через закономірності хребтів і долин. Однак вони однорідні: загальна тенденція не існує. Однак зауважте, що якби ми зосереджувались на невеликій частині цієї області, ми могли б вирішити трактувати це як неоднорідний процес (тобто з тенденцією). Це ілюструє, як масштаб може впливати на обрану нами модель.

  • Попередній процес, доданий до детермінованої функції, створює процес, який є просторово залежним та неоднорідним.

Залежний гетерогенний процес

На цьому зображенні показана інша реалізація випадкової складової цього процесу, ніж використана для попередньої ілюстрації, тому закономірності невеликих хвиль не будуть точно такими, як раніше, - але вони матимуть ті ж статистичні властивості.


1
Дивовижна відповідь, як завжди - дуже чіткі приклади.
Метт Паркер

Дивовижна відповідь, справді. Невеликий додатковий запитання / коментар: Якщо існує тенденція до даних (просторова неоднорідність), то є області, де близькі спостереження подібні / мають однакове значення. Чи не випливає, що ці спостереження залежать просторово, принаймні в неофіційному розумінні?
Funkwecker

1
@Julian Так, це цілком правильно. Ось чому основна форма процесу не може бути однозначно ідентифікована лише при вивченні даних. Для подальшого обговорення дивіться мою відповідь на сайті stats.stackexchange.com/a/35524, в якій ваш висновок підтримується формальним розрахунком.
whuber

1
@Julian Це правильно. Частково це питання масштабу: у великому масштабі (виходить за межі останнього зображення) можна обрати модель всіх варіантів як випадкові, з кореляціями дальнього діапазону; але в показаному масштабі кращим вибором може бути моделювання "світської" варіації довшого діапазону як детермінованої тенденції. На масштабі зображення недостатньо інформації, щоб вирішити, яка модель краще, але насправді недостатньо інформації для побудови повністю випадкової моделі. Інша інформація (відсутня в даних) часто може допомогти у виборі відповідної моделі.
качан

1
@Julian Відповідною концепцією є стаціонарність: у стаціонарному процесі деякі характеристики випадкових змінних, що використовуються в моделі, не змінюються з розташуванням. Найбільш основна форма стаціонарності - це коли очікування змінних не змінюються. Зрозуміло, що жодна тенденція не дає стаціонарної моделі. Це не так проблематично, як ви могли б подумати, оскільки, як правило, ви можете відняти тенденцію від даних і спробувати використовувати стаціонарну модель для відмінностей. GWR вирішить це автоматично, якщо ви включите lat і lon серед пояснювальних змінних.
whuber

0

Поняття просторової неоднорідності в сучасній просторовій статистиці використовується лише для характеристики локальної дисперсії просторової залежності чи регресії. Я запропонував широку перспективу щодо просторової неоднорідності, яка стосується структури масштабування набагато більше дрібних речей, ніж великих. Важливо, що модель масштабування повторюється кілька разів, вимірюється ht-індексом.

https://www.researchgate.net/publication/236627484_Ht-Index_for_Quantifying_the_Fractal_or_Scaling_Structure_of_Geographic_Features

Згідно з новим визначенням, просторову неоднорідність слід формулювати як закон масштабування. Таким чином, неоднорідність - це закон влади, а не гауссовий розподіл.

При такій широкій перспективі як просторова залежність, так і неоднорідність зображують справжню картину поверхні Землі. Набагато більше дрібних речей, ніж великих у всіх масштабах або в усьому світі, але вони є більш-менш схожими в одному масштабі чи локально; див. цей документ для отримання більш детальної інформації.

https://www.researchgate.net/publication/282310447_A_Fractal_Perspective_on_Scale_in_Geography


1
Я думаю, що цей пост виграв би від більш чіткого порівняння (особливо відзначаючи будь-яку різницю) між неоднорідністю та залежністю. Питання задало, в чому різниця між ними. Я бачу, як "просторова залежність, так і неоднорідність зображують справжню картину поверхні Землі" зазначає схожість між поняттями, але в чому їх відмінність? Чи по-різному вони зображують цю картину?
Срібна рибка

За новим визначенням гетерогенності існує велика різниця між двома, але все ж мала різниця між двома за старим визначенням гетерогенності. Під старим визначенням просторова гетерогенність відноситься до того, як просторова залежність чи регресія змінюється від одного локального місця до іншого. Згідно з новим визначенням гетерогенності (що по суті є тим же визначенням, що і в інших науках, таких як біологія та фізика), просторова гетерогенність формулюється як закон масштабування, який є універсальним і загальним. Я вважаю, що відмінність не просто технічна, а на рівні парадигми.
Бін Цзян

Дякую. Я думаю, що відповідь отримає користь від включення в цю дискусію (внизу є кнопка редагування). Я розумію, що це може бути розглянуто у зв'язаних статтях, але ми любимо, щоб наші відповіді були самостійними, а не покладалися на зовнішні посилання.
Срібна рибка

0

Питання залежить від математичного визначення двох понять. Існує вже декілька визначень просторової автокореляції, як I Морана, але мало просторової неоднорідності, ймовірно, тому, що остання залежить від масштабів і відрізняється в різних масштабах. Я визначив просторову стратифіковану неоднорідність (повний документ очікується в мережі 12 березня 2016 року в журналі "Екологічні показники"):

Міра просторової стратифікованої неоднорідності

Jin-Feng Wang1 *, Tong-Lin Zhang2, Bo-Jie Fu3

РЕЗЮМЕ

Просторова стратифікована неоднорідність, що посилається на внутрішньошарову дисперсію, меншу, ніж між варіацією страт, є всюдисущою для екологічних явищ, таких як екологічні зони та багато екологічних змінних. Просторова стратифікована неоднорідність відображає сутність природи, передбачає потенційні чіткі механізми за верствами, пропонує можливі детермінанти спостережуваного процесу, дозволяє репрезентативність спостережень за землею та примушує застосувати статистичні умовиводи. У цій роботі ми пропонуємо q-статистичний метод для вимірювання ступеня просторової стратифікованої неоднорідності та перевірки її значущості. Значення q знаходиться в межах [0, 1] (0, якщо просторова стратифікація неоднорідності не є істотною, і 1, якщо існує досконала просторова стратифікація неоднорідності). Виведена точна функція щільності ймовірності. Q-статистику проілюстровано двома прикладами, в яких ми оцінюємо просторову стратифіковану неоднорідність карти руки та розподіл щорічних NDVI в Китаї. --Jinfeng Wang 2016-3-8

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.