×

分析轨迹跟踪数据的逻辑高斯过程的新公式。 (英语) Zbl 1435.62414号

概要:通信系统的改进、电池尺寸的缩小和跟踪设备的价格下降,导致轨迹跟踪数据的可用性增加。这些数据经常被分析以了解动物的行为。
在这项工作中,我们提出了一个新的模型,将动物的运动解释为特征模式的混合,我们将其解释为不同的行为。使用Logistic-Gaussian过程对动物在每一时刻按照特定模式进行行为的概率进行非参数估计。由于一种新的形式化方法和我们指定相关多元高斯过程的共区域化矩阵的方式,我们的模型在参考元素的选择和概率向量分量的排序方面是不变的。我们在贝叶斯框架下拟合模型,并表明我们提出的马尔可夫链蒙特卡罗算法易于实现。
我们进行了一项仿真研究,目的是展示估算程序检索模型参数的能力。我们还测试了用于选择行为数量的信息标准的性能。然后将该模型应用于一个真实的数据集,在该数据集中,狼在繁殖前后都被观察到。结果很容易解释,并且在这两个阶段出现了明显的差异。

MSC公司:

第62页第12页 统计在环境和相关主题中的应用
62页第10页 统计学在生物学和医学中的应用;元分析
62立方米 空间过程推断
62H11型 定向数据;空间统计学
92D50型 动物行为
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Aitchison,J.(1986)。成分数据的统计分析。统计学和应用概率专著。CRC出版社,伦敦·Zbl 0688.62004号
[2] Alfredén,A.C.(2006年)。狼在夏季的Denning行为和运动模式,犬类狼疮。格里姆舍尔野生生物研究所。
[3] Anderson,T.W.(2003)。多元统计分析导论,第三版,《概率统计中的威利级数》。Wiley Interscience,新泽西州霍博肯·Zbl 1039.62044号
[4] Anderson,C.R.和Lindzey,F.G.(2003年)。从GPS定位集群估算美洲狮捕食率。J.Wildl。管理。67 307-316.
[5] Andrieu,C.和Thoms,J.(2008)。自适应MCMC教程。统计计算。18 343-373.
[6] Antonacci,M.,Bellotti,R.,Cafagna,F.,de Palma,M.、Diacono,D.、Donvito,G.、Italiano,A.、Gervasoni,R.、Maggi,G.等人(2017年)。ReCaS项目:巴里基础设施。在使用分布式基础设施的高性能科学计算中17-33第3章。
[7] Ayres,L.A.、Gardner,C.L.和Foster,J.W.(1991)。阿拉斯加中南部灰狼、犬类狼疮的巢穴活动模式。可以。现场编号:105 497-504。
[8] Biernacki,C.、Celeux,G.和Govaert,G.(2000)。使用集成分类似然评估用于聚类的混合模型。IEEE传输。模式分析。机器。智力。22 719-725. 内政部:10.1109/34.865189。
[9] Blackwell,P.G.(1997)。动物运动的随机扩散模型。经济。模型。100 87-102.
[10] Blackwell,P.G.(2003)。具有扩散和离散成分的马尔可夫过程的贝叶斯推理。生物特征90 613-627·Zbl 1436.62406号 ·doi:10.1093/biomet/90.3.613
[11] Blackwell,P.G.(2018)。集成的连续时间隐马尔可夫模型。arXiv预印arXiv:1807.11907。
[12] Blackwell,P.G.、Niu,M.、Lambert,M.S.和LaPoint,S.D.(2016年)。动物连续运动的精确贝叶斯推断。方法Ecol。进化。7 184-195.
[13] Brillinger,D.R.(2010)。建模空间轨迹。在《空间统计手册》中。查普曼和霍尔/CRC Handb。国防部。Stat.方法463-475。CRC出版社,佛罗里达州博卡拉顿。
[14] Brost,B.M.、Hooten,M.B.、Hanks,E.M.和Small,R.J.(2015)。动物运动约束改善了遥测误差存在时的资源选择推断。生态学96 2590-2597。
[15] Brownlee,J.(1911)。随机迁移和流行病分布的数学理论。程序。罗伊。Soc.爱丁堡31 262-289。DOI:10.1017/S0370164600025116·doi:10.1017/S0370164600025116
[16] Brunsdon,T.M.和Smith,T.M.F.(1998)。成分数据的时间序列分析。J.Off.Stat.14 237-253(关闭状态14 237-253.)。
[17] Cagnacci,F.、Boitani,L.、Powell,R.A.和Boyce,M.S.(2010年)。动物生态学与基于全球定位系统的无线电遥测相遇:一场充满机遇和挑战的完美风暴。菲洛斯。事务处理。R.Soc.伦敦。B、 生物。科学。365 2157-2162. 内政部:10.1098/rstb.2010.0107。
[18] Calabrese,J.M.、Fleming,C.H.和Gurarie,E.(2016)。ctmm:一个R包,用于分析作为连续时间随机过程的动物迁移数据。方法Ecol。进化。7 1124-1132.
[19] Ciucci,P.、Boitani,L.、Francisci,F.和Andreoli,G.(1997年)。意大利中部狼群的家园范围、活动和活动。J.佐尔。243 803-819. DOI:10.1111/j.1469-7998.1997.tb01977.x。
[20] Cressie,N.A.C.(1993年)。空间数据统计。概率与数理统计中的威利级数:应用概率与统计。纽约威利,1991年版的修订再版·Zbl 0799.62002号
[21] Demma,D.J.和Mech,L.D.(2011)。根据白天位置估计狼夏季领地的准确性。美国中部。国家165 436-445。DOI:10.1674/0003-0031-165.2.436。
[22] Filzmoser,P.和Hron,K.(2009年)。成分数据的相关性分析。数学。地质科学。41 905-919. ·Zbl 1178.86019号 ·doi:10.1007/s11004-008-9196-y
[23] Fleming,C.H.和Calabrese,J.M.(2019)。ctmm:连续时间运动建模。R包版本0.5.3。
[24] Fleming,C.H.、Calabrese,J.M.、Mueller,T.、Olson,K.A.、Leimgruber,P.和Fagan,W.F.(2014a)。从精细觅食到家畜放牧:一种识别时空尺度运动模式的半方差方法。阿默尔。国家183 E154-E167。
[25] Fleming,C.H.、Calabrese,J.M.、Mueller,T.、Olson,K.A.、Leimgruber,P.和Fagan,W.F.(2014b)。自相关运动过程的非马尔可夫最大似然估计。方法Ecol。进化。5 462-472.
[26] Frair,J.L.、Fieberg,J.、Hebblewhite,M.、Cagnacci,F.、DeCesare,N.J.和Pedrotti,L.(2010)。利用GPS遥测数据解决生态分析中的不精确和居住偏倚位置问题。菲洛斯。事务处理。R.Soc.伦敦。B、 生物。科学。365 2187-2200. 内政部:10.1098/rstb.2010.0084。
[27] Franke,A.、Caelli,T.、Kuzyk,G.和Hudson,R.J.(2006年)。使用隐马尔可夫模型预测狼(犬狼疮)的死亡地点。经济。模型。197 237-246.
[28] Gelfand,A.E.、Diggle,P.J.、Fuentes,M.和Guttorp,P.编辑(2010年)。空间统计手册。查普曼和霍尔/CRC现代统计方法手册。CRC出版社,佛罗里达州博卡拉顿·兹比尔1188.62284
[29] Gurarie,E.、Fleming,C.H.、Fagan,W.F.、Laidre,K.L.、Hernández-Pliego,J.和Ovaskainen,O.(2017)。作为动物运动基本单位的相关速度模型:合成与应用。运动生态学5 13。
[30] Harrington,F.H.和Mech,L.D.(1982)。狼群普查有用的嚎叫响应参数分析。J.Wildl。管理。46 686-693.
[31] 希顿,M.J.、达塔,A.、芬利,A.O.、福勒,R.、吉尼斯,J.、古哈尼约吉,R.,格伯,F.、格拉米,R.B.、哈默林,D.等人(2019年)。一个案例研究大型空间数据分析方法之间的竞争。《农业杂志》。生物与环境。《美国联邦法律》第24卷第398-425页·Zbl 1426.62345号 ·doi:10.1007/s13253-018-00348-w
[32] Hebblewhite,M.和Merrill,E.(2008)。利用混合效应资源选择模型模拟社会物种的野生动物-人类关系。J.应用。经济。45 834-844.
[33] Hooten,M.B.和Johnson,D.S.(2017年)。动物运动的基本函数模型。J.Amer。统计师。协会112 578-589。
[34] Hooten,M.B.、Johnson,D.S.、McClintock,B.T.和Morales,J.M.(2017)。动物运动:遥测数据的统计模型。佛罗里达州博卡拉顿CRC出版社。
[35] Hooten,M.B.、Scharf,H.R.、Hefley,T.J.、Pearse,A.T.和Weegman,M.D.(2018年)。迁徙个体和群体的动物运动模型。方法Ecol。进化。9 1692-1705年。
[36] A.I.休斯顿和J.M.麦克纳马拉(1999)。自适应行为模型:基于状态的方法。剑桥大学出版社,剑桥。
[37] Jedrzejewski,W.、Schmidt,K.、Theuerkauf,J.、Jedrzejowska,B.和Okarma,H.(2001)。波兰比亚洛维耶扎原始森林中的放射领狼(犬狼疮)的日常活动和领地使用。可以。J.佐尔。79 1993-2004. DOI:10.1139/z01-147。
[38] Johnson,D.S.、Hooten,M.B.和Kuhn,C.E.(2013)。使用点过程模型从遥测数据估计动物资源选择。J.阿尼姆。经济。82 1155-1164.
[39] Johnson,D.S.、London,J.M.、Lea,M.-A.和Durban,J.W.(2008a)。动物遥测数据的连续时间相关随机行走模型。生态学89 1208-1215。
[40] Johnson,D.S.、Thomas,D.L.、Ver Hoef,J.M.和Christ,A.(2008b)。从遥测数据分析动物资源选择的一般框架。生物统计学64 968-976·兹比尔1145.62397 ·doi:10.1111/j.1541-0420.2007.00943.x
[41] Jona Lasinio,G.、Mastrantonio,G.和Pollice,A.(2013)。讨论“大问题”。统计方法应用。22 97-112. ·Zbl 1333.62222号 ·doi:10.1007/s10260-012-0207-2
[42] Jonsen,I.D.、Flemming,J.M.和Myers,R.A.(2005)。动物运动数据的稳健状态空间建模。生态学86 2874-2880。
[43] Langrock,R.、King,R.,Matthiopoulos,J.、Thomas,L.、Fortin,D.和Morales,J.M.(2012)。动物遥测数据的灵活实用建模:隐马尔可夫模型和扩展。生态学93 2336-2342。DOI:10.1890/11-2241.1。
[44] Langrock,R.、Hopcraft,J.G.C.、Blackwell,P.G.、Goodall,V.、King,R.,Niu,M.、Patterson,T.A.、Pedersen,M.W.、Skarin,A.等人(2014)。模拟群体动态动物运动。方法Ecol。进化。5 190-199.
[45] Lark,R.M.和Bishop,T.F.A.(2007年)。土壤的协克立格粒度分数。欧洲土壤科学杂志。58 763-774之间。
[46] Linderman,S.W.、Johnson,M.J.和Adams,R.P.(2015)。相依多项式模型变得很容易:用Pólya-gamma增强法来断棒。第28届神经信息处理系统国际会议论文集3456-3464。
[47] Long,W.和Wang,Q.(2013)。成分数据相关系数的两种方法。程序。计算。科学。18 1757-1763. 2013年国际计算科学会议。
[48] Mancinelli,S.、Boitani,L.和Ciucci,P.(2018年)。意大利亚平宁山脉中部受保护狼群(Canis lupus)家庭范围大小和空间使用模式的决定因素。可以。J.佐尔。96 828-838.
[49] Mardia,K.V.和Jupp,P.E.(2000年)。方向统计。概率统计威利级数。奇切斯特·威利。Mardia【MR0336854(49#1627)】修订的方向数据统计再版·Zbl 0935.62065号
[50] Martins,A.B.T.、Bonat,W.H.和Ribeiro,P.J.Jr.(2016)。一类空间地质统计组合模型的似然分析。小争吵。统计数据17 121-130。
[51] Maruotti,A.、Punzo,A.、Mastrantonio,G.和Lagona,F.(2015)。基于隐马尔可夫异质结构的纵向循环数据投影正态回归模型的时间相关扩展。斯托克。环境。Res.风险评估。30 1725-1740.
[52] Mastrantonio,G.、Jona Lasinio,G.和Gelfand,A.E.(2016)。协方差结构不可分离的时空循环模型。测试25 331-350·Zbl 1402.62102号 ·doi:10.1007/s11749-015-0458-y
[53] Mastrantonio,G.、Maruotti,A.和Jona Lasinio,G.(2015)。使用循环线性一般投影正态分布的贝叶斯隐马尔可夫模型。环境计量26 145-158。
[54] McClintock,B.T.、King,R.、Thomas,L.、Matthiopoulos,J.、McConnell,B.J.和Morales,J.M.(2012)。使用多状态随机行走的动物运动通用离散时间建模框架。经济。单声道。82 335-349. DOI:10.1890/11-0326.1。
[55] Mech,D.和Boitani,L.(2003)。狼:行为、生态和保护。芝加哥大学出版社,伊利诺伊州芝加哥。
[56] Mech,L.D.、Wolf,P.C.和Packard,J.M.(1999)。野狼之间反刍性食物转移。可以。J.佐尔。77 1192-1195.
[57] Merrill,S.B.和David Mech,L.(2000年)。明尼苏达狼大范围活动的细节(犬狼疮)。美国中部。国家144 428-433。
[58] Morales,J.M.、Haydon,D.T.、Frair,J.、Holsinger,K.E.和Fryxell,J.M(2004)。从重新定位数据中提取更多信息:将运动模型构建为随机行走的混合体。生态学85 2436-2445。
[59] Muller,P.(2017)。贝叶斯非参数数据分析。CreateSpace独立发布平台。
[60] Niu,M.、Blackwell,P.G.和Skarin,A.(2016)。模拟连续时间内相互依存的动物运动。生物统计学72 315-324·Zbl 1419.62418号 ·doi:10.1111/biom.12454
[61] Paci,L.和Finazzi,F.(2018年)。时空数据的基于动态模型的聚类。统计计算。28 359-374. ·Zbl 1384.62201号 ·doi:10.1007/s11222-017-9735-9
[62] Parton,A.和Blackwell,P.G.(2017年)。连续时间内多状态“步转”动物运动的贝叶斯推断。《农业杂志》。生物与环境。《美国联邦法律大全》第22卷第373-392页·Zbl 1388.62348号 ·doi:10.1007/s13253-017-0286-5
[63] Patterson,T.A.、Basson,M.、Bravington,M.V.和Gunn,J.S.(2009)。使用隐马尔可夫模型对与环境条件相关的运动行为进行分类。J.阿尼姆。经济。78 1113-1123.
[64] Patterson,T.A.、Parton,A.、Langrock,R.、Blackwell,P.G.、Thomas,L.和King,R.(2017)。个体动物运动的统计建模:关键方法概述和实际挑战讨论。AStA高级统计分析。101 399-438. ·Zbl 1443.62392号 ·doi:10.1007/s10182-017-0302-7
[65] Pawlowsky,V.和Burger,H.(1992年)。区域化成分的空间结构分析。数学。地质。24 675-691.
[66] Peters,R.P.(1979)。狼领地的心理地图。在《狼的行为与生态学》(E.K.Klinghamer,ed.)119-152。Garland STPM出版社,纽约。
[67] Pohle,J.、Langrock,R.、van Beest,F.M.和Schmidt,N.M.(2017年)。选择隐藏马尔可夫模型中的状态数:使用动物运动说明的实用解决方案。《农业杂志》。生物与环境。统计数字22 270-293·Zbl 1388.62349号 ·doi:10.1007/s13253-017-0283-8
[68] Polson,N.G.、Scott,J.G.和Windle,J.(2013)。使用Pólya-Gamma潜在变量的逻辑模型贝叶斯推断。J.Amer。统计师。协会108 1339-1349·Zbl 1283.62055号 ·doi:10.1080/01621459.2013.829001
[69] Rothman,A.J.、Levina,E.和Zhu,J.(2010)。一种新的高维基于Cholesky的协方差正则化方法。生物特征97 539-550·Zbl 1195.62089号 ·doi:10.1093/biomet/asq022
[70] Rothman,R.J.和Mech,L.D.(1979年)。独狼和新结对狼的气味标记。阿尼姆。行为。27 750-760.
[71] Sand,H.、Zimmermann,B.、Wabakken,P.、Andren,H.和Pedersen,H.C.(2010年)。利用GPS技术和GIS聚类分析估算狼蹄类生态系统的捕杀率。威尔德。Soc.牛市。33 914-925.
[72] Scharf,H.R.、Hooten,M.B.、Johnson,D.S.和Durban,J.W.(2018年)。用于建模交互轨迹的过程卷积方法。环境计量29 e2487,18。
[73] Theuerkauf,J.(2009)。是什么驱使着狼:恐惧还是饥饿?人类、饮食、气候和狼的活动模式。行为学115 649-657。
[74] Tjelmeland,H.和Lund,K.V.(2003)。空间成分数据的贝叶斯建模。J.应用。统计数字30 87-100·Zbl 1121.62497号 ·doi:10.1080/026647602200018547
[75] Vila,C.(1995年)。伊比利亚狼日常活动模式的观察。变化世界中狼的生态与保护35 335-340。
[76] Wang,F.和Gelfand,A.E.(2013)。一般预测正态分布下的定向数据分析。《统计方法》。10 113-127·兹比尔1365.62195 ·doi:10.1016/j.stamet.2012.07.005
[77] Zucchini,W.和MacDonald,I.L.(2009年)。时间序列的隐马尔可夫模型:使用R.专著介绍统计学和应用概率110。CRC出版社,佛罗里达州博卡拉顿·Zbl 1180.62130号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。