میدانیم که یک دورهنگار عادی هموارشده می تواند یک برآوردگر سازگار برای طیف توان باشد (Brockwell and Davis (1991) صفحه۳۵۰-۳۵۳). عدم امکان ارائه بیان تحلیلی برای میانگین و واریانس دورهنگارهای چندکی، به عنوان برآورد طیف چندک، بررسی وجود رفتاری مشابه با دورهنگارهای عادی را دشوار می کند. با این حال، مطالعات شبیه سازی شده تایید می کند که افزایش مقدار با کاهش میانگین مربعات خطا همراه است. به عنوان مثال، شکل ۳-۶ میانگین مربعات خطا برای دورهنگار چندکی هموار شده را به عنوان تابعی از نشان میدهد که در آن مقدار از ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ تغییر می کند. برای مقایسه بهتر، میانگین مربعات خطا برای دورهنگار عادی هموار شده نیز رسم شده است. در هر دو حالت، پارامتر هموارسازی df، برای هر اندازه نمونه، به گونه ای انتخاب شده است که میانگین مربعات خطا را حداقل کند. شکل ۳-۶، نشان میدهد که میانگین مربعات خطا برای دورهنگارهای چندکی هموار شده، همانند دورهنگارهای عادی، با افزایش ، روندی کاهشی خواهد داشت.
شکل ۳-۶: میانگین مربعات خطا از دورهنگارهای هموار برای فرایند AR(2). توجه کنید که: -، دورهنگارچندکی که به وسیله رابطه (۳-۳) و (۳-۴) با () تعریف شده است؛ —، دورهنگارلاپلاسی؛ ……، دورهنگارعادی است. نتایج براساس ۵۰۰۰ بار اجرای مونت کارلو بدست آمده است.
علاوه بر آن، قضیه ۳-۱ بیان می کند که یک فاصله اطمینان تقریبی برای طیف چندکی را میتوان با بهره گرفتن از روش تقریب ساخت (Brockwell and Davis (1991) صفحه۳۶۲). به بیان دقیقتر، دورهنگار چندکی هموارشده نوع یک به صورت را در نظر بگیرید، که در آن
وزنهایی مناسب با مجموع یک و ها فرکانسهای فوریه هستند. ایده اصلی این است که توزیع را با توزیع کای اسکور تقریب زد که در آن و به گونه ای انتخاب میشوند که میانگین و واریانس برابر با و باشد. با توجه به این روابط خواهیم داشت:
از این رو، یک فاصله اطمینان ۹۵% برای به صورت است.
برای کمک به درک بهتر توانایی دورهنگارهای چندکی در شناسایی دوره های پنهان در چندکها، فرض میکنیم که چندک -ام دارای فرم زیر باشد:
۳-۱۶
که در آن و است. همانطور که قبلا ذکر شد، اگر به وسیله رابطه (۳-۲) تعریف شود که در آن، برای تمام مقادیر ، دارای چندک -ام ثابت باشد، آنگاه را میتوان به صورت رابطه (۳-۱۶) بیان کرد. طبق فرض(۳-۱۶) نتیجه زیر را میتوان بدست آورد.
قضیه ۳-۲
فرض کنید شرایط (i)-(iv) را دارا باشد که در آنها با داده شده در رابطه (۳-۱۶) جایگزین شده است. همچنین، فرض کنید باشد. آنگاه زمانی که به سمت بینهایت میل کند به طور مجانبی دارای توزیع و نیز به طور مجانبی دارای توزیع خواهد بود، که در آن . اگر به وسیله رابطه (۳-۳) و (۳-۵) تعریف شده باشد مقدار با بهره گرفتن از رابطه
و در صورتی که به وسیله رابطه
(۳-۶) و (۳-۷) تعریف شده باشد مقدار با بهره گرفتن از رابطه
محاسبه می شود. در این حالت از رابطه (۳-۱) و از رابطه بدست میآیند.
با مقایسه قضیه ۳-۲ با قضیه ۳-۱ میتوان مشاهده کرد که دورهای بودن در دورهنگار چندکی نوع یک در پارامتر نامرکزی توزیع کایاسکور و در دورهنگار چندکی نوع دو در عبارت دیده می شود. هر دو مقدار و میزان تاثیرگذاری دورهای بودن را اندازه گیری می کنند: بر روی دامنه نوسان دوره تناوب و بر روی تاثیر دوره در تابع هزینه متمرکز است. این ابزار آشکارسازی دوره بیان می کنند که چرا یک قله بزرگ در دورهنگارهای چندکی در فرکانس رخ میدهد.
مثال ۳-۵
فرایند تعریف شده در رابطه (۳-۲) را در نظر بگیرید. شکل۳-۷ تاثیر دورهای بودن فرایند را در دورهنگار چندکی نشان میدهد. برای این منظور، میانگین مجموع[۵۲] دورهنگارهای چندکی برای سری زمانی تولید شده بر اساس رابطه (۳-۲) با (، ، ، ، و ) رسم شده و میانگین مربوط به دورهنگارهای عادی و لاپلاسی نیز نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میکنید، میانگین دورهنگارهای چندکی قلهای بزرگ را در نشان می دهند که با نتایج مجانبی بیان شده قضیه ۳-۲ سازگار است. در مقابل، میانگین مجموع دورهنگارهای عادی و لاپلاسی قله را مشخص نمیکنند که این امر با توجه به صفر بودن میانه و میانگین فرایند تولید شده توسط رابطه (۳-۲)، برای تمام مقادیر ، قابل توجیه است.
(الف)
(ب)
شکل ۳-۷: دورهنگار هموار شده سریهای فرم (۳-۲). (الف) دورهنگار هموار لاپلاسی. (ب) دورهنگار هموار چندکی.
شکلهای موجود در مقاله اصلی به صورت زیر است.
شکل ۳-۷: میانگین گروهی از دورهنگارهای چندکی برای سریهای زمانی از فرم رابطه (۲-۳). (a) میانگین دورهنگار چندکی نوع یک که به وسیله رابطه (۳-۳) و (۳-۴) تعریف شده است. (b) میانگین دورهنگار چندکی نوع یک که به وسیله رابطه (۳-۶) و (۳-۴) تعریف شده است. © میانگین دورهنگار چندکی نوع دو که به وسیله رابطه (۳-۳) و (۳-۵) تعریف شده است. (d) میانگین دورهنگار چندکی نوع دو که به وسیله رابطه (۳-۶) و (۳-۷) تعریف شده است. توجه کنید که: -، میانگین دورهنگارچندکی با ()؛ —، میانگین دورهنگارلاپلاسی؛ ……، میانگین دورهنگارعادی است. نتایج بر اساس ۵۰۰۰ بار اجرای مونت کارلو با است.
توجه داشته باشید که قضیه ۳-۲ تنها توزیع در سیگنال فرکانس را مشخص می کند و توزیع در سایر فرکانسها را میتوان به طور مشابه با بهره گرفتن از لم رگرسیون چندکی بدست آورد. در انتها به این نکته اشاره میکنیم که، همانطور که در دورهنگار لاپلاسی مشاهده شد، ممکن است قلههای کوچکی در برخی فرکانسها (یعنی مضربهای صحیحی از ) رخ دهد. این حالت به ویژه هنگامی که عامل تناوب قوی است رخ میدهد و در این صورت توزیع در این فرکانسها ممکن است با توزیع پیشنهاد شده در قضیه ۳-۱ یکسان نباشد.
در دورهنگار عادی، آزمون کلموگروف اسمیرنوف[۵۳] و آزمون فیشر[۵۴] روشی استاندارد برای تشخیص دوره تناوب در میانگین یک فرایند تصادفی هستند، . این روشها را میتوان به راحتی در دورهنگارهای چندکی برای تشخیص دوره تناوب در چندکها بکار برد. به عنوان مثال، آماره