Сравнение методов генерации синтетических нестационарных ЭКГ-подобных сигналов для тестирования алгоритмов анализа временных рядов - Калмыков, Михаил Александрович; Шичкина, Юлия Александровна (Компьютерные инструменты в образовании, 2025)
В данной работе рассмотрены различные подходы к генерации синтетических сигна- лов, имитирующих электрокардиограмму (ЭКГ) человека, с акцентом на нестационар- ность временного ряда и наличие разнообразных форм волны сигнала. Предлагают- ся результаты анализа трех подходов к генерации синтетических нестационарных ЭКГ-подобных сигналов, включающих: 1) правило-ориентированный подход, при котором модель ЭКГ строится на основе суммы гауссовых функций, каждая из ко- торых моделирует характерную волну (где P — волна предсердной деполяризации, QRS — комплекс желудочковой деполяризации, T — волна реполяризации); 2) сто- хастические модели с использованием Марковских цепей для эмуляции переходов между различными физиологическими состояниями; 3) нейросетевые генераторы, не основанные на жестко заданных правилах (например, рекуррентная LSTM с слу- чайными весами). Показано, как модель ЭКГ-сигнала, полученную при каждом из подходов, можно модифицировать для внесения нестационарности, в частности вариации длительности сердечных циклов, переключения состояний) и добавления локальных артефактов записи, например зашумлённых участков. Предложенные подходы могут быть использованы при тестировании алгоритмов кластеризации и анализа временных рядов, когда необходимо проверить устойчивость методов к шумам, редким событиям и смене состояний.
Keywords: синтетическая ЭКГ, нестационарные сигналы, генерация сигналов, временные ряды, rule-based методы, марковские цепи, нейросетевые генераторы, LSTM