随着预报研究的发展和观测资料及预报经验的积累，概率论、数理统计、模糊数学、系统理论、综合图象识别等数学方法逐渐引入，使经验性预报方法得以向概率性预报发展。
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统计预报方法的应用。概率论和数理统计等方法首先被用于对历史地震资料的分析，借以进行大地震活动形势的预测。之后，又开展了地震活动与天体运动、极移、地球自转、气象因子等关系的统计研究，并建立了一些相应的统计预报方法，在地震预报中发挥了一定的作用。与此同时，随着前兆观测资料的积累，统计方法了逐步被应用到观测数据处理，异常识别，排除干扰方面。在震例分析中还提出了某些有意义的经验公式，如异常持续时间与震级的统计关系等。数理统计方法在地震预报中的应用，对于综合预报从定性的经验性预报向定量化发展起了推动作用。
模糊数学方法的应用：在科学研究的初期探索阶段，人们对研究对象的认识常带有模糊性，地震预报也是如此。80年代以来，我国地震工作者把探索事物模糊属性的数学工具――模糊数学引入地震预报研究，并应用于前兆异常分析、地震活动图象识别和孕震模式鉴别等多个方面，使之逐渐成为地震综合预报的方法之一。
系统理论的应用：以系统论、控制论、信息论为代表的系统理论及其实际应用（系统工程），是近代发展起来的先进思维方法和信息处理方法，它强调系统内部以及包围它们的介质之间的相互作用和整体联系，强调在运动和发展中考察系统。这种特点接近于地震预报的研究方法，所以从年代起，我国地震工作者把系统理论应用于地震前兆信息资源的开发工作。国家地震局地震研所于1984年在武汉召开了系统论、控制论、信息论方法及其在地震预报中应用的学术讨论会。80年代以来，系统方法正逐步应用于前兆资料质量评定，异常识别，短临前兆研究等方面，在提高信噪比、取得统计增益和使模糊信息清晰化等方面取得一定进展。
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模式识别方法的应用：图象识别或模式识别的方法在70年代后期逐渐引入地震危险区划和地震活动趋势的年度分析中。之后，又被应用于大震前地震活动图象的识别和地震前兆图象的综合判定等方面。这一方法通过把以经验为主的定性或半定量的各种特征数字化，对研究对象进行定量识别。这种研究方法有助于预报经验的总结和不断提高，因而在地震综合预报中有可能发挥人和计算机结合的最佳决策作用。
总之，严密的数学方法的引入，一方面帮助人们更好地整理经验，使之条理化，提高综合预报的能力；另一方面有助于提取更多的前兆信息和规律，它作为理论认识的向导，使综合预报从经验预测向前推进。
