Wave:GoodnessOfFit: Difference between revisions

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==Beschreibung==
==Beschreibung==
'''GoodnessOfFit''' berechnet für zwei Zeitreihen die folgenden Indikatoren der Anpassungsgüte:
'''GoodnessOfFit''' calculates various goodness of fit parameters for two time series:


=== Volumenfehler ===
=== Volume error ===
:<math>m = 100 \cdot \frac{\sum_{t=1}^T{(Q_m^t - Q_o^t)}}{\sum_{t=1}^T{Q_o^t}}</math>
:<math>m = 100 \cdot \frac{\sum_{t=1}^T{(Q_m^t - Q_o^t)}}{\sum_{t=1}^T{Q_o^t}}</math>


mit
with:
:<code>m</code>: Volumenfehler [%]
:<code>m</code>: Volume error [%]
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: gemessener Abfluss zum Zeitpunkt <code>t</code>
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: observed value at time <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulierter Abfluss zum Zeitpunkt <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulated value at time <code>t</code>


=== Summe der Fehlerquadrate ===
=== Sum of squared errors ===
:<math>F^2 = \sum_{t=1}^T{\left(Q_o^t - Q_m^t\right)^2}</math>
:<math>F^2 = \sum_{t=1}^T{\left(Q_o^t - Q_m^t\right)^2}</math>


mit
with
:<code>F²</code>: Summe der Fehlerquadrate
:<code>F²</code>: Sum of squared errors
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: gemessener Abfluss zum Zeitpunkt <code>t</code>
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: observed value at time <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulierter Abfluss zum Zeitpunkt <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulated value at time <code>t</code>


=== Korrelationskoeffizient / Bestimmtheitsmaß ===
=== Correlation coefficient / coefficient of determination ===
:<math>r = \frac{s_{o,m}}{s_o \cdot s_m}</math>
:<math>r = \frac{s_{o,m}}{s_o \cdot s_m}</math>


mit
with
:<math>s_{o,m} = \frac{1}{n - 1} \sum_{t=1}^T{(Q_o^t - \overline{Q_o}) \cdot (Q_m^t - \overline{Q_m})}</math>
:<math>s_{o,m} = \frac{1}{n - 1} \sum_{t=1}^T{(Q_o^t - \overline{Q_o}) \cdot (Q_m^t - \overline{Q_m})}</math>
:<math>s_o = \sqrt{\frac{1}{n - 1} \sum_{t=1}^T{(Q_o^t - \overline{Q_o})^2}}</math>
:<math>s_o = \sqrt{\frac{1}{n - 1} \sum_{t=1}^T{(Q_o^t - \overline{Q_o})^2}}</math>
:<math>s_m = \sqrt{\frac{1}{n - 1} \sum_{t=1}^T{(Q_m^t - \overline{Q_m})^2}}</math>
:<math>s_m = \sqrt{\frac{1}{n - 1} \sum_{t=1}^T{(Q_m^t - \overline{Q_m})^2}}</math>


mit
with
:<code>r</code>: Korrelationskoeffizient (<code>-1 &le; r &le; 1</code>)
:<code>r</code>: correlation coefficient (<code>-1 &le; r &le; 1</code>)
:<code>r²</code>: Bestimmtheitsmaß (<code>0 &le; r² &le; 1</code>)
:<code>r²</code>: coefficient of determination (<code>0 &le; r² &le; 1</code>)
:<code>s<sub>o,m</sub></code>: Kovarianz
:<code>s<sub>o,m</sub></code>: covariance
:<code>s<sub>o</sub></code>: Standardabweichung der gemessenen Werte
:<code>s<sub>o</sub></code>: standard deviation of observed values
:<code>s<sub>m</sub></code>: Standardabweichung der simulierten Werte
:<code>s<sub>m</sub></code>: standard deviation of simulated values
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: gemessener Abfluss zum Zeitpunkt <code>t</code>
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: observed value at time <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulierter Abfluss zum Zeitpunkt <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulated value at time <code>t</code>
:<code>n</code>: Anzahl der vorhandenen Ganglinienordinaten
:<code>n</code>: Number of values
:<code><span style="text-decoration:overline;">Q<sub>o</sub></span></code>: Mittelwert des gemessenen Abflusses
:<code><span style="text-decoration:overline;">Q<sub>o</sub></span></code>: observed average
:<code><span style="text-decoration:overline;">Q<sub>m</sub></span></code>: Mittelwert des simulierten Abflusses
:<code><span style="text-decoration:overline;">Q<sub>m</sub></span></code>: simulated average


====Bewertung====
====Rating====
{|cellpadding="5" cellspacing="0" border="0" class="standard stripes"
{|cellpadding="5" cellspacing="0" border="0" class="standard stripes"
|-
|-
! Bestimmtheitsmaß !! Übereinstimmung
! Coefficient of determination !! Rating
|-
|-
| < 0.2 || unzureichend
| < 0.2 || unsatisfactory
|-
|-
| 0.2 - 0.4 || befriedigend
| 0.2 - 0.4 || satisfactory
|-
|-
| 0.4 - 0.6 || gut
| 0.4 - 0.6 || good
|-
|-
| 0.6 - 0.8 || sehr gut
| 0.6 - 0.8 || very good
|-
|-
| > 0.8 || exzellent
| > 0.8 || excellent
|}
|}


===Nash-Sutcliffe Effizienz===
===Nash-Sutcliffe efficiency===
:<math>E = 1-\frac{\sum_{t=1}^T\left(Q_o^t-Q_m^t\right)^2}{\sum_{t=1}^T\left(Q_o^t-\overline{Q_o}\right)^2}</math> {{:Literatur:Nash-Sutcliffe 1970|}}
:<math>E = 1-\frac{\sum_{t=1}^T\left(Q_o^t-Q_m^t\right)^2}{\sum_{t=1}^T\left(Q_o^t-\overline{Q_o}\right)^2}</math> {{:Literatur:Nash-Sutcliffe 1970|}}


mit
with
:<code>E</code>: Nash-Sutcliffe Effizienz [-]
:<code>E</code>: Nash-Sutcliffe efficiency [-]
:<code><span style="text-decoration:overline;">Q<sub>o</sub></span></code>: Mittelwert des gemessenen Abflusses
:<code><span style="text-decoration:overline;">Q<sub>o</sub></span></code>: observed average
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: gemessener Abfluss zum Zeitpunkt <code>t</code>
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: observed value at time <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulierter Abfluss zum Zeitpunkt <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulated value at time <code>t</code>


<blockquote>
<blockquote>
Line 71: Line 71:
:&mdash; Wikipedia<ref>'''Wikipedia contributors''': "Nash-Sutcliffe efficiency coefficient," Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nash-Sutcliffe_efficiency_coefficient&oldid=231196847 (accessed September 18, 2008). </ref>
:&mdash; Wikipedia<ref>'''Wikipedia contributors''': "Nash-Sutcliffe efficiency coefficient," Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nash-Sutcliffe_efficiency_coefficient&oldid=231196847 (accessed September 18, 2008). </ref>


===Logarithmic Nash-Sutcliffe Efficiency===
===Logarithmic Nash-Sutcliffe efficiency===
:<math>E,ln = 1-\frac{\sum_{t=1}^T\left(ln(Q_o^t)-ln(Q_m^t)\right)^2}{\sum_{t=1}^T\left(ln(Q_o^t)-ln(\overline{Q_o})\right)^2}</math>
:<math>E,ln = 1-\frac{\sum_{t=1}^T\left(ln(Q_o^t)-ln(Q_m^t)\right)^2}{\sum_{t=1}^T\left(ln(Q_o^t)-ln(\overline{Q_o})\right)^2}</math>


with
with
:<code>E,ln</code>: Logarithmic Nash-Sutcliffe Efficiency [-]
:<code>E,ln</code>: Logarithmic Nash-Sutcliffe efficiency [-]
:<code><span style="text-decoration:overline;">Q<sub>o</sub></span></code>: Average observed value
:<code><span style="text-decoration:overline;">Q<sub>o</sub></span></code>: observed average
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: Observed value at time <code>t</code>
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: observed value at time <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: Simulated value at time <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulated value at time <code>t</code>


<blockquote>
<blockquote>
Line 86: Line 86:
:&mdash; BWK<ref>'''BWK''': "Detaillierte Nachweisführung immissionsorientierter Anforderungen an Misch- und Niederschlagswassereinleitungen gemäß BWK - Merkblatt 3", Okt. 2008</ref>
:&mdash; BWK<ref>'''BWK''': "Detaillierte Nachweisführung immissionsorientierter Anforderungen an Misch- und Niederschlagswassereinleitungen gemäß BWK - Merkblatt 3", Okt. 2008</ref>


===Hydrologische Deviation===
===Hydrologic deviation===
:<math>D = 200 \cdot \frac{\sum_{t=1}^T{|Q_m^t - Q_o^t| \cdot Q_o^t}}{n \cdot {Q_{o,max}}^2}</math>
:<math>D = 200 \cdot \frac{\sum_{t=1}^T{|Q_m^t - Q_o^t| \cdot Q_o^t}}{n \cdot {Q_{o,max}}^2}</math>


mit
mit
:<code>D</code>: Hydrologische Deviation [-]
:<code>D</code>: Hydrologic deviation [-]
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: gemessener Abfluss zum Zeitpunkt <code>t</code>
:<code>Q<sub>o</sub><sup>t</sup></code>: observed value at time <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulierter Abfluss zum Zeitpunkt <code>t</code>
:<code>Q<sub>m</sub><sup>t</sup></code>: simulated value at time <code>t</code>
:<code>n</code>: Anzahl der vorhandenen Ganglinienordinaten
:<code>n</code>: Number of values
:<code>Q<sub>o,max</sub></code>: maximaler gemessener Abfluss
:<code>Q<sub>o,max</sub></code>: observed maximum


<blockquote>
<blockquote>
Line 101: Line 101:
:&mdash; {{:Literatur:Schultz_1968|Schultz (1968), S.53}}
:&mdash; {{:Literatur:Schultz_1968|Schultz (1968), S.53}}


====Bewertung====
====Rating====
{|cellpadding="5" cellspacing="0" border="0" class="standard stripes"
{|cellpadding="5" cellspacing="0" border="0" class="standard stripes"
|-
|-
! Deviation !! Übereinstimmung
! Deviation !! Rating
|-
|-
| 0 - 3 || sehr gut
| 0 - 3 || very good
|-
|-
| 3 - 10 || gut
| 3 - 10 || good
|-
|-
| 10 - 18 || brauchbar
| 10 - 18 || usable
|}
|}
: &mdash; {{:Literatur:Schultz_1968}}
: &mdash; {{:Literatur:Schultz_1968}}


==Hinweise==
==Notes==
Die beiden Zeitreihen werden vor der Analyse bereinigt, d.h. die Längen werden aufeinander zugeschnitten und alle nicht-gemeinsamen Stützstellen werden entfernt. Ausserdem werden auch alle Stützstellen entfernt, bei denen eine der Reihen einen NaN-Wert aufweist.
The two time series are cleaned before conducting the analysis, i.e. they are cut to each other's extents and all non-coincident nodes and nodes that have a NaN value in one the time series are discarded.  


==Literaturangaben==
==Literature==
<references/>
<references/>


[[Category:BlueM.Wave|G]]
[[Category:BlueM.Wave|G]]
[[Category:Analysis functions|G]]
[[Category:Analysis functions|G]]

Revision as of 16:18, 11 December 2021

Wave.png Wave | Download | Development

Beschreibung

GoodnessOfFit calculates various goodness of fit parameters for two time series:

Volume error

[math]\displaystyle{ m = 100 \cdot \frac{\sum_{t=1}^T{(Q_m^t - Q_o^t)}}{\sum_{t=1}^T{Q_o^t}} }[/math]

with:

m: Volume error [%]
Qot: observed value at time t
Qmt: simulated value at time t

Sum of squared errors

[math]\displaystyle{ F^2 = \sum_{t=1}^T{\left(Q_o^t - Q_m^t\right)^2} }[/math]

with

: Sum of squared errors
Qot: observed value at time t
Qmt: simulated value at time t

Correlation coefficient / coefficient of determination

[math]\displaystyle{ r = \frac{s_{o,m}}{s_o \cdot s_m} }[/math]

with

[math]\displaystyle{ s_{o,m} = \frac{1}{n - 1} \sum_{t=1}^T{(Q_o^t - \overline{Q_o}) \cdot (Q_m^t - \overline{Q_m})} }[/math]
[math]\displaystyle{ s_o = \sqrt{\frac{1}{n - 1} \sum_{t=1}^T{(Q_o^t - \overline{Q_o})^2}} }[/math]
[math]\displaystyle{ s_m = \sqrt{\frac{1}{n - 1} \sum_{t=1}^T{(Q_m^t - \overline{Q_m})^2}} }[/math]

with

r: correlation coefficient (-1 ≤ r ≤ 1)
: coefficient of determination (0 ≤ r² ≤ 1)
so,m: covariance
so: standard deviation of observed values
sm: standard deviation of simulated values
Qot: observed value at time t
Qmt: simulated value at time t
n: Number of values
Qo: observed average
Qm: simulated average

Rating

Coefficient of determination Rating
< 0.2 unsatisfactory
0.2 - 0.4 satisfactory
0.4 - 0.6 good
0.6 - 0.8 very good
> 0.8 excellent

Nash-Sutcliffe efficiency

[math]\displaystyle{ E = 1-\frac{\sum_{t=1}^T\left(Q_o^t-Q_m^t\right)^2}{\sum_{t=1}^T\left(Q_o^t-\overline{Q_o}\right)^2} }[/math] [1]

with

E: Nash-Sutcliffe efficiency [-]
Qo: observed average
Qot: observed value at time t
Qmt: simulated value at time t

Nash-Sutcliffe efficiencies can range from -∞ to 1. An efficiency of 1 (E=1) corresponds to a perfect match of modeled discharge to the observed data. An efficiency of 0 (E=0) indicates that the model predictions are as accurate as the mean of the observed data, whereas an efficiency less than zero (-∞<E<0) occurs when the observed mean is a better predictor than the model. Essentially, the closer the model efficiency is to 1, the more accurate the model is.

— Wikipedia[2]

Logarithmic Nash-Sutcliffe efficiency

[math]\displaystyle{ E,ln = 1-\frac{\sum_{t=1}^T\left(ln(Q_o^t)-ln(Q_m^t)\right)^2}{\sum_{t=1}^T\left(ln(Q_o^t)-ln(\overline{Q_o})\right)^2} }[/math]

with

E,ln: Logarithmic Nash-Sutcliffe efficiency [-]
Qo: observed average
Qot: observed value at time t
Qmt: simulated value at time t

Da in die Modelleffizienz [(Nash-Sutcliffe Effizenz)] der quadratische Fehler zwischen den simulierten und gemessenen Werten eingeht, werden Abweichungen hoher Werte (z. B. Hochwasserabflüsse) gegenüber geringen Werten (z. B. Niedrigwasserabflüsse) überbewertet. Daher wird häufig die logarithmierte Modelleffizienz berechnet. Das Gütemaß Reff,ln ist besser zur Bewertung der Modellierung von geringeren Werten (z. B. Niedrigwasserabflüssen) geeignet.

— BWK[3]

Hydrologic deviation

[math]\displaystyle{ D = 200 \cdot \frac{\sum_{t=1}^T{|Q_m^t - Q_o^t| \cdot Q_o^t}}{n \cdot {Q_{o,max}}^2} }[/math]

mit

D: Hydrologic deviation [-]
Qot: observed value at time t
Qmt: simulated value at time t
n: Number of values
Qo,max: observed maximum

[Die hydrologische Deviation] kann verstanden werden als gewogene mittlere Abweichung, angegeben in Prozent des jeweiligen Spitzenabflusses. Bei völliger Übereinstimmung der beiden Kurven würde sich somit die Deviation zu Null ergeben; bei Vorhandensein der gemessenen Kurve (in Dreiecksform) und Nichtvorhandensein der gerechneten Kurve (alle Ordinaten gleich Null) ergäbe sich eine Deviation von 50,0 — um nur zwei Extremfälle zu nennen.

— Schultz (1968), S.53[4]

Rating

Deviation Rating
0 - 3 very good
3 - 10 good
10 - 18 usable
— Schultz (1968)[4]

Notes

The two time series are cleaned before conducting the analysis, i.e. they are cut to each other's extents and all non-coincident nodes and nodes that have a NaN value in one the time series are discarded.

Literature

  1. Nash, J. E. and Sutcliffe, J. V. (1970): River flow forecasting through conceptual models part I — A discussion of principles, Journal of Hydrology, 10 (3), 282–290, DOI:10.1016/0022-1694(70)90255-6.
  2. Wikipedia contributors: "Nash-Sutcliffe efficiency coefficient," Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nash-Sutcliffe_efficiency_coefficient&oldid=231196847 (accessed September 18, 2008).
  3. BWK: "Detaillierte Nachweisführung immissionsorientierter Anforderungen an Misch- und Niederschlagswassereinleitungen gemäß BWK - Merkblatt 3", Okt. 2008
  4. 4.0 4.1 Schultz, G. A. (1968): Bestimmung theoretischer Abflußganglinien durch elektronische Berechnung von Niederschlagskonzentration und Retention (HYREUN-Verfahren), Versuchsanstalt für Wasserbau der Technischen Hochschule München, Bericht Nr. 11, [IHWB-Signatur: 10 WBW 11]