假设你的数据来自传感器(所以算法不可能知道未来的任何事情)，

我做了这个算法，它与我在自己的项目中获得的数据非常好。

该算法有2个参数:灵敏度和窗口。

最后，只需一行代码就可以得到你的结果:

detected=data.map((a, b, c) => (a > 0) ? c[b] ** 4 * c[b - 1] ** 3 : -0).map((a, b, c) => a > Math.max(...c.slice(2)) / sensitivity).map((a, b, c) => (b > dwindow) && c.slice(b - dwindow, b).indexOf(a) == -1);

因为我是程序员而不是数学家，所以我不能更好地解释它。但我相信有人可以。

sensitivity = 20; dwindow = 4; data = [1., 1., 1., 1., 1., 1., 1., 1.1, 1., 0.8, 0.9, 1., 1.2, 0.9, 1., 1., 1.1, 1.2, 1., 1.5, 1., 3., 2., 5., 3., 2., 1., 1., 1., 0.9, 1., 1., 3., 2.6, 4., 3., 3.2, 2., 1., 1., 1., 1., 1. ]; //data = data.concat(data); //data = data.concat(data); var data1 = [{ name: 'original source', y: data }]; Plotly.newPlot('stage1', data1, { title: 'Sensor data', yaxis: { title: 'signal' } }); filtered = data.map((a, b, c) => (a > 0) ? c[b] ** 4 * c[b - 1] ** 3 : -0); var data2 = [{ name: 'filtered source', y: filtered }]; Plotly.newPlot('stage2', data2, { title: 'Filtered data<br>aₙ = aₙ⁴ * aₙ₋₁³', yaxis: { title: 'signal' } }); dwindow = 6; k = dwindow; detected = filtered.map((a, b, c) => a > Math.max(...c.slice(2)) / sensitivity).map((a, b, c) => (b > k) && c.slice(b - k, b).indexOf(a) == -1) var data3 = [{ name: 'detected peaks', y: detected }]; Plotly.newPlot('stage3', data3, { title: 'Window 6', yaxis: { title: 'signal' } }); dwindow = 10; k = dwindow; detected = filtered.map((a, b, c) => a > Math.max(...c.slice(2)) / 20).map((a, b, c) => (b > k) && c.slice(b - k, b).indexOf(a) == -1) var data4 = [{ name: 'detected peaks', y: detected }]; Plotly.newPlot('stage4', data4, { title: 'Window 10', yaxis: { title: 'signal' } }); <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/plotly.js@2.16.5/dist/plotly.min.js"></script> <div id="stage1"></div> <div id="stage2"></div> <div id="stage3"></div> <div id="stage4"></div>

在计算拓扑学中，持久同调的思想导致一个有效的 -快如排序数字-解决方案。它不仅检测峰值，还以一种自然的方式量化峰值的“重要性”，使您能够选择对您重要的峰值。

算法的总结。 在一维设置(时间序列，实值信号)中，算法可以简单地描述为下图:

Think of the function graph (or its sub-level set) as a landscape and consider a decreasing water level starting at level infinity (or 1.8 in this picture). While the level decreases, at local maxima islands pop up. At local minima these islands merge together. One detail in this idea is that the island that appeared later in time is merged into the island that is older. The "persistence" of an island is its birth time minus its death time. The lengths of the blue bars depict the persistence, which is the above mentioned "significance" of a peak.

效率。 在对函数值进行排序之后，找到一个在线性时间内运行的实现并不难——实际上它是一个单一的、简单的循环。因此，这种实现在实践中应该是快速的，也很容易实现。

参考文献 一篇关于整个故事的文章和对持久同调(计算代数拓扑中的一个领域)动机的引用可以在这里找到: https://www.sthu.org/blog/13-perstopology-peakdetection/index.html

一种方法是根据以下观察来检测峰:

时间t是一个峰值(y (t) > y (t - 1)) & & ((t) > y (t + 1))

它通过等待上升趋势结束来避免误报。它并不完全是“实时”的，因为它会比峰值差一个dt。灵敏度可以通过要求比较的裕度来控制。在噪声检测和时延检测之间存在一种折衷。 您可以通过添加更多参数来丰富模型:

峰如果y (y (t) - (t-dt) > m) && (y (t) - y (t + dt) > m)

dt和m是控制灵敏度和延时的参数

这是你用上述算法得到的结果:

下面是在python中重现图的代码:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
input = np.array([ 1. ,  1. ,  1. ,  1. ,  1. ,  1. ,  1. ,  1.1,  1. ,  0.8,  0.9,
    1. ,  1.2,  0.9,  1. ,  1. ,  1.1,  1.2,  1. ,  1.5,  1. ,  3. ,
    2. ,  5. ,  3. ,  2. ,  1. ,  1. ,  1. ,  0.9,  1. ,  1. ,  3. ,
    2.6,  4. ,  3. ,  3.2,  2. ,  1. ,  1. ,  1. ,  1. ,  1. ])
signal = (input > np.roll(input,1)) & (input > np.roll(input,-1))
plt.plot(input)
plt.plot(signal.nonzero()[0], input[signal], 'ro')
plt.show()

通过设置m = 0.5，你可以得到一个更清晰的信号，只有一个假阳性:

下面是平滑z-score算法的Python / numpy实现(见上面的答案)。你可以在这里找到要点。

#!/usr/bin/env python
# Implementation of algorithm from https://stackoverflow.com/a/22640362/6029703
import numpy as np
import pylab

def thresholding_algo(y, lag, threshold, influence):
    signals = np.zeros(len(y))
    filteredY = np.array(y)
    avgFilter = [0]*len(y)
    stdFilter = [0]*len(y)
    avgFilter[lag - 1] = np.mean(y[0:lag])
    stdFilter[lag - 1] = np.std(y[0:lag])
    for i in range(lag, len(y)):
        if abs(y[i] - avgFilter[i-1]) > threshold * stdFilter [i-1]:
            if y[i] > avgFilter[i-1]:
                signals[i] = 1
            else:
                signals[i] = -1

            filteredY[i] = influence * y[i] + (1 - influence) * filteredY[i-1]
            avgFilter[i] = np.mean(filteredY[(i-lag+1):i+1])
            stdFilter[i] = np.std(filteredY[(i-lag+1):i+1])
        else:
            signals[i] = 0
            filteredY[i] = y[i]
            avgFilter[i] = np.mean(filteredY[(i-lag+1):i+1])
            stdFilter[i] = np.std(filteredY[(i-lag+1):i+1])

    return dict(signals = np.asarray(signals),
                avgFilter = np.asarray(avgFilter),
                stdFilter = np.asarray(stdFilter))

下面是在同一个数据集上的测试，它产生的图与R/Matlab的原始答案相同

# Data
y = np.array([1,1,1.1,1,0.9,1,1,1.1,1,0.9,1,1.1,1,1,0.9,1,1,1.1,1,1,1,1,1.1,0.9,1,1.1,1,1,0.9,
       1,1.1,1,1,1.1,1,0.8,0.9,1,1.2,0.9,1,1,1.1,1.2,1,1.5,1,3,2,5,3,2,1,1,1,0.9,1,1,3,
       2.6,4,3,3.2,2,1,1,0.8,4,4,2,2.5,1,1,1])

# Settings: lag = 30, threshold = 5, influence = 0
lag = 30
threshold = 5
influence = 0

# Run algo with settings from above
result = thresholding_algo(y, lag=lag, threshold=threshold, influence=influence)

# Plot result
pylab.subplot(211)
pylab.plot(np.arange(1, len(y)+1), y)

pylab.plot(np.arange(1, len(y)+1),
           result["avgFilter"], color="cyan", lw=2)

pylab.plot(np.arange(1, len(y)+1),
           result["avgFilter"] + threshold * result["stdFilter"], color="green", lw=2)

pylab.plot(np.arange(1, len(y)+1),
           result["avgFilter"] - threshold * result["stdFilter"], color="green", lw=2)

pylab.subplot(212)
pylab.step(np.arange(1, len(y)+1), result["signals"], color="red", lw=2)
pylab.ylim(-1.5, 1.5)
pylab.show()

这种z-scores方法在峰值检测方面非常有效，也有助于异常值的去除。异常值对话经常讨论每个点的统计价值和变化数据的伦理。

但是，在来自易出错的串行通信或易出错的传感器的重复错误传感器值的情况下，错误或虚假读数中没有统计值。它们需要被识别并移除。

从视觉上看，错误是显而易见的。下图中的直线显示了需要删除的内容。但是用算法识别和消除错误是相当具有挑战性的。z分数效果很好。

下图是通过串行通信从传感器获得的值。偶尔的串行通信错误，传感器错误或两者都导致重复的，明显错误的数据点。

z-score峰值检测器能够在虚假数据点上发出信号，并生成一个干净的结果数据集，同时保留正确数据的特征:

一个python/numpy的迭代版本的答案https://stackoverflow.com/a/22640362/6029703在这里。对于大数据(100000+)，此代码比计算平均和标准偏差的速度更快。

def peak_detection_smoothed_zscore_v2(x, lag, threshold, influence):
    '''
    iterative smoothed z-score algorithm
    Implementation of algorithm from https://stackoverflow.com/a/22640362/6029703
    '''
    import numpy as np
    labels = np.zeros(len(x))
    filtered_y = np.array(x)
    avg_filter = np.zeros(len(x))
    std_filter = np.zeros(len(x))
    var_filter = np.zeros(len(x))

    avg_filter[lag - 1] = np.mean(x[0:lag])
    std_filter[lag - 1] = np.std(x[0:lag])
    var_filter[lag - 1] = np.var(x[0:lag])
    for i in range(lag, len(x)):
        if abs(x[i] - avg_filter[i - 1]) > threshold * std_filter[i - 1]:
            if x[i] > avg_filter[i - 1]:
                labels[i] = 1
            else:
                labels[i] = -1
            filtered_y[i] = influence * x[i] + (1 - influence) * filtered_y[i - 1]
        else:
            labels[i] = 0
            filtered_y[i] = x[i]
        # update avg, var, std
        avg_filter[i] = avg_filter[i - 1] + 1. / lag * (filtered_y[i] - filtered_y[i - lag])
        var_filter[i] = var_filter[i - 1] + 1. / lag * ((filtered_y[i] - avg_filter[i - 1]) ** 2 - (
            filtered_y[i - lag] - avg_filter[i - 1]) ** 2 - (filtered_y[i] - filtered_y[i - lag]) ** 2 / lag)
        std_filter[i] = np.sqrt(var_filter[i])

    return dict(signals=labels,
                avgFilter=avg_filter,
                stdFilter=std_filter)