This report describes a new regularization approach based on segmentation of the forgetting profile in sliding window least squares estimation. Each segment is designed to enforce specific desirable properties of the estimator such as rapidity, desired condition number of the information matrix, accuracy, numerical stability, etc. The forgetting profile is divided in three segments, where the speed of estimation is ensured by the first segment, which employs rapid exponential forgetting of recent data.The second segment features a decline in the profile and marks the transition to the third segment, characterized by slow exponential forgetting to reduce the condition number of the information matrix using more distant data. Condition number reduction mitigates error propagation, thereby enhancing accuracy and stability. This approach facilitates the incorporation of a priori information regarding signal characteristics (i.e., the expected behavior of the signal) into the estimator. Recursive and computationally efficient algorithm with low rank updates based on new matrix inversion lemma for moving window associated with this regularization approach is developed. New algorithms significantly improve the approximation accuracy of low resolution daily temperature measurements obtained at the Stockholm Old Astronomical Observatory, thereby enhancing the reliability of temperature predictions.


翻译:本报告提出了一种基于滑动窗口最小二乘估计中遗忘剖面分割的新型正则化方法。每个剖面段旨在强制估计器具备特定的理想特性,如快速性、信息矩阵期望条件数、精度、数值稳定性等。遗忘剖面被划分为三个区段:第一区段采用对近期数据的快速指数遗忘,确保估计速度;第二区段呈现剖面下降,标志着向第三区段的过渡;第三区段采用缓慢指数遗忘,利用更久远的数据降低信息矩阵的条件数。条件数减少可缓解误差传播,从而提高精度与稳定性。该方法便于将信号特性(即信号的预期行为)的先验信息融入估计器。基于与此正则化方法相关的移动窗口新矩阵求逆引理,开发了具有低秩更新的递归且计算高效的算法。新算法显著提升了斯德哥尔摩旧天文台获取的低分辨率日温度测量的近似精度,从而增强了温度预测的可靠性。

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