隨著預報研究的發展和觀測資料及預報經驗的積累，概率論、數理統計、模糊數學、系統理論、綜合圖象識別等數學方法逐漸引入，使經驗性預報方法得以向概率性預報發展。
統計預報方法的應用。概率論和數理統計等方法首先被用于對歷史地震資料的分析，借以進行大地震活動形勢的預測。之后，又開展了地震活動與天體運動、極移、地球自轉、氣象因子等關系的統計研究，并建立了一些相應的統計預報方法，在地震預報中發揮了一定的作用。與此同時，隨著前兆觀測資料的積累，統計方法了逐步被應用到觀測數據處理，異常識別，排除干擾方面。在震例分析中還提出了某些有意義的經驗公式，如異常持續時間與震級的統計關系等。數理統計方法在地震預報中的應用，對于綜合預報從定性的經驗性預報向定量化發展起了推動作用。
模糊數學方法的應用：在科學研究的初期探索階段，人們對研究對象的認識常帶有模糊性，地震預報也是如此。80年代以來，我國地震工作者把探索事物模糊屬性的數學工具――模糊數學引入地震預報研究，并應用于前兆異常分析、地震活動圖象識別和孕震模式鑒別等多個方面，使之逐漸成為地震綜合預報的方法之一。
系統理論的應用：以系統論、控制論、信息論為代表的系統理論及其實際應用（系統工程），是近代發展起來的先進思維方法和信息處理方法，它強調系統內部以及包圍它們的介質之間的相互作用和整體聯系，強調在運動和發展中考察系統。這種特點接近于地震預報的研究方法，所以從年代起，我國地震工作者把系統理論應用于地震前兆信息資源的開發工作。國家地震局地震研所于1984年在武漢召開了系統論、控制論、信息論方法及其在地震預報中應用的學術討論會。80年代以來，系統方法正逐步應用于前兆資料質量評定，異常識別，短臨前兆研究等方面，在提高信噪比、取得統計增益和使模糊信息清晰化等方面取得一定進展。
模式識別方法的應用：圖象識別或模式識別的方法在70年代后期逐漸引入地震危險區劃和地震活動趨勢的年度分析中。之后，又被應用于大震前地震活動圖象的識別和地震前兆圖象的綜合判定等方面。這一方法通過把以經驗為主的定性或半定量的各種特征數字化，對研究對象進行定量識別。這種研究方法有助于預報經驗的總結和不斷提高，因而在地震綜合預報中有可能發揮人和計算機結合的最佳決策作用。
總之，嚴密的數學方法的引入，一方面幫助人們更好地整理經驗，使之條理化，提高綜合預報的能力；另一方面有助于提取更多的前兆信息和規律，它作為理論認識的向導，使綜合預報從經驗預測向前推進。
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