基于XGBoost的短时交通流预测模型

为提高路段短时交通流的预测精度,选取路段平均旅行时间作为预测指标,建立了一种基于极端样度上升(extrem gradient boosting,XGBoost)的短时交通流预测模型。首先通过对交通流数据的分析,在考虑交通流时空特性的基础上,分别构建目标路段时间序列训练集、测试集以及时空序列训练集、测试集,然后基于XGBoost模型以及构建的训练样本集建立时间序列预测模型以及时空序列预测模型,并利用训练好的模型进行预测,最后将模型预测结果与线性回归模型、神经网络模型预测结果进行比较。实验结果表明:基于XGBoost的短时交通流预测模型能够对路段未来时段平均旅行时间进行比较准确的预测,其中时间序列预测模型均方根误差为5. 32,时空序列预测模型均方根误差为4. 82,均低于线性回归模型和神经网络模型,且相比于仅考虑时间因素的短时交通流预测模型,同时考虑时空因素的预测模型得到的误差更低,预测效果更好。     

基于参数优化神经网络的海底油气管道腐蚀泄漏预测

为有效预测海底管道因腐蚀导致的泄漏风险,提出了一种海底管道腐蚀泄漏预测模型,首先采用斯皮尔曼相关系数分析各影响因素间的相关性,随后基于随机森林袋外数据进行各因素的重要性排序,剔除掉相关性较高且重要性较小的因素,利用筛选出的数据建立前馈神经网络和随机森林回归预测模型,并利用粒子群算法对神经网络预测模型的权值、阈值进行了优化,构建粒子群优化下的神经网络预测模型。经分析结果表明：神经网络预测模型在5组随机模型训练中平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)的平均值分别为1.59、 3.37,均高于随机森林回归预测模型,说明该模型误差较大,但决定系数(R2)较随机森林回归预测模型高0.13,因决定系数越接近于1,模型拟合越好,故随机森林回归预测模型较神经网络预测模型拟合度较差,长期预测误差较高,因此可采用粒子群算法对神经网络进行优化,优化后的模型MAE为0.79,MSE为0.7293,R2为0.9151,可见优化后的神经网络预测模型在保证精度的基础上提高了稳定性,预测效果更优。最后编制了集随机森林回归、神经网络及粒子群优化下的神经网络为一体的多模型管道腐蚀预测软件。为海底管道泄漏风险的精准预测以及高效控制提供了依据,在海洋油气运输安全方面具有重要意义。     

基于贝叶斯模型组合的随机森林预测方法

为了能够精准可靠地估计太阳能辐照度,本文提出一种基于贝叶斯模型组合的随机森林算法用于太阳能辐照度预测.首先,引入K-means聚类和K折交叉验证将气象数据训练集生成多个训练子集,以增加训练子集的多样性并保证均匀采样.其次,将随机森林作为基学习器建立集成学习预测模型,导入训练子集并训练各个随机森林.之后,依据各个随机森林在验证集上的预测性能,采用贝叶斯模型组合算法制定组合策略.个体随机森林在测试集上的预测值经过模型组合策略得到最终输出.最后,基于气象实测数据建立仿真实验,并引入其他四种预测方法进行对比仿真研究,通过实验结果验证了文中所提出预测方法在太阳能辐照度预测问题中的准确性和可靠性.     

基于灰色关联支持向量机的混凝土抗压强度预测

混凝土抗压强度预测是一个动态的系统工程,其精度受到多种高维非线性、随机性因素的影响.为有效提高混凝土抗压强度的预测精度,在分析支持向量机的基础上,构建了基于灰色关联支持向量机的混凝土抗压强度预测模型.该模型基于灰色关联分析确定混凝土抗压强度的主导因素,然后通过支持向量机建立其与变量之间的非线性映射关系,同时利用网格搜索算法对支持向量机进行参数寻优.仿真结果表明:与单纯支持向量机和BP神经网络模型预测结果相比,基于灰色关联支持向量机的预测模型更为有效可靠,为提高混凝土抗压强度预测精度提供了新的途径.     

露天煤矿边坡稳定性的随机森林预测模型

 边坡工程是露天煤矿中的重点工程,边坡的稳定性关系着煤矿的安全生产。边坡稳定性预测是边坡防治工作的前提,针对煤矿边坡工程稳定性预测的复杂性,为了快速、有效地判别煤矿边坡稳定性,利用随机森林算法建立煤矿边坡稳定性预测模型。通过选取与煤矿边坡工程密切相关的岩石重度、黏聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙水压力6 个指标作为边坡稳定性的影响因素,即为随机森林预测模型的输入,边坡稳定性状态作为随机森林预测模型的输出,通过随机森林算法建立边坡稳定性影响因素与边坡稳定状态之间的非线性关系。利用煤矿实测30 组边坡稳定性数据作为随机森林预测模型的训练数据集,进行模型的学习训练;另用12 组边坡稳定性数据作为预测模型的测试数据,通过训练好的边坡稳定性预测模型进行测试;为了验证随机森林预测模型的准确率,同时与SVM 和BP 神经网络的测试数据进行比较。结果说明,选取煤矿边坡稳定性的6 个指标建立的随机森林预测模型,人工控制参数较少、结构简单、容易实现,且具有较高的准确度,边坡稳定状态预测结果与煤矿边坡工程实际状态相吻合,能有效预测边坡稳定性状态,指导煤矿边坡防治工作的开展。     

露天煤矿边坡稳定性的随机森林预测模型

边坡工程是露天煤矿中的重点工程,边坡的稳定性关系着煤矿的安全生产。边坡稳定性预测是边坡防治工作的前提,针对煤矿边坡工程稳定性预测的复杂性,为了快速、有效地判别煤矿边坡稳定性,利用随机森林算法建立煤矿边坡稳定性预测模型。通过选取与煤矿边坡工程密切相关的岩石重度、黏聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙水压力6个指标作为边坡稳定性的影响因素,即为随机森林预测模型的输入,边坡稳定性状态作为随机森林预测模型的输出,通过随机森林算法建立边坡稳定性影响因素与边坡稳定状态之间的非线性关系。利用煤矿实测30组边坡稳定性数据作为随机森林预测模型的训练数据集,进行模型的学习训练;另用12组边坡稳定性数据作为预测模型的测试数据,通过训练好的边坡稳定性预测模型进行测试;为了验证随机森林预测模型的准确率,同时与SVM和BP神经网络的测试数据进行比较。结果说明,选取煤矿边坡稳定性的6个指标建立的随机森林预测模型,人工控制参数较少、结构简单、容易实现,且具有较高的准确度,边坡稳定状态预测结果与煤矿边坡工程实际状态相吻合,能有效预测边坡稳定性状态,指导煤矿边坡防治工作的开展。     

随机配置网络在短时电力负荷曲线预测中的应用

传统梯度类神经网络负荷预测模型在面对高维度、大规模负荷数据集时，存在模型构建复杂、训练时间长等问题.为提高负荷曲线预测模型训练的时效性和预测准确性，提出了一种基于随机配置网络的短时电力负荷曲线预测方法.首先针对弱局部负荷波动对预测模型的影响，利用Savitzky-Golay滤波器对负荷时序平滑进行处理，将时序滤波处理后的负荷序列、节假日、气象等数据作为预测模型的输入组成部分.在此基础上，发挥随机配置网络模型的随机增量学习优势，完成负荷曲线预测模型的训练.利用某电厂采集的短时负荷数据及其影响因素数据对模型的预测效果进行验证，仿真结果表明，随机配置网络预测模型相较于深度神经网络模型在模型训练的时间效率方面更具优势，预测的效果基本与深度神经网络模型接近.     

基于随机森林回归和气象参数的城市空气质量预测模型——以重庆市为例

为有效进行城市空气质量预测、推进城市空气污染防治,弥补传统统计学模型在大数据时代背景下对城市空气质量预测准确率低、容错能力差等问题,提出利用随机森林回归构建城市空气质量预测模型;综合考量污染物浓度、气象参数、时间参数等多方面影响因素,通过网格搜索法调整参数的最优组合,构建基于随机森林回归算法的城市空气质量预测模型;基于重庆市2017-01-01—2020-07-31的指标数据,对重庆市空气质量进行预测分析,结果表明:在模型下训练集与测试集的确定性系数R~2均在99%以上,均方误差D_(MSE)和平均绝对误差D_(MAE)在训练集和测试集上的取值均在可接受范围内,证实模型具有运行速度快、预测误差小、具有较高的预测精度等优点,具备较好的学习能力与泛化能力。     

基于数据挖掘技术的负荷预测模型

为有效选取预测变量和训练模式、提高预测精度，提出了一个基于数据挖掘技术的负荷预测模型．该模型首先利用粗集理论和遗传算法选取与负荷相关的预测变量，再选取与预测日相似的训练模式，最后用神经网络对负荷进行预测．实际运行结果表明将该模型应用于电力系统负荷预测是可行的，其与传统的神经网络预测模型相比具有更高的预测精度.     

基于随机漂移粒子群优化的随机森林预测模型及水文应用实例

提出一种基于随机漂移粒子群(RDPSO)算法优化的随机森林(RF)预测方法,利用RDPSO算法优化RF决策树数量和分裂属性个数两个关键参数,构建RDPSO-RF预测模型,并与基于RDPSO算法优化的支持向量机(SVM)、BP神经网络预测模型作对比,以某水文站枯水期1～3月月径流预测为例,利用实例前43年和后10年资料对3种模型进行训练和预测.结果表明,RDPSO-RF模型对实例1～3月月径流训练、预测的平均相对误差绝对值分别为4.28%、3.88%、5.67%和3.74%、4.57%、4.88%,训练、预测精度均优于RDPSO-SVM、RDPSO-BP模型,具较好的预测精度和泛化能力,可为相关预测研究提供参考和借鉴.     

土钉支护变形的灰色预测方法

应用灰色系统理论方法建立土钉支护变形的GM（1，1）预测模型，对比神经网络预测方法，算例表明：灰色理论方法的预测精度高于神经网络方法。     

遗传算法优化的神经网络频谱预测模型训练

针对认知无线网络(CRN)中神经网络频谱预测模型原有的反向传播算法预测准确率不高的问题,提出一种遗传算法优化的神经网络频谱预测模型训练(GA-NN)算法。通过在选择、交叉、变异中加入随机性,使种群的个体收敛至包含全局最优解的集合内,再通过反向传播算法训练神经网络频谱预测模型(BPNN)快速搜索到全局最优解。仿真结果表明,GA-NN算法训练的神经网络频谱预测模型的预测准确率比BP-NN算法提高一倍以上,GA-NN算法在多种CRN中具有适用性。GA-NN算法提高了频谱预测模型的预测准确率,将促进频谱预测技术在CRN中的推广应用。     

小麦赤霉病神经网络和偏最小二乘预测模型

选取2004-2014年间发病期的气象因素为自变量,小麦赤霉病病穗率为因变量,借助神经网络的函数映射能力,采用Fletcher-Reeves算法的变梯度反向传播算法,建立了小麦赤霉病的气象预报模型.由于神经网络无法提供直观的函数来反映病穗率与气象因子之间的关系,为了进一步分析气象因子间的相关性,采用主成分分析法提取主成分,并利用回归分析得到线性函数关系,建立了偏最小二乘模型.神经网络预测模型平均预报精度达到99%,但只提供病穗率和气象因子之间的拓扑关系;偏最小二乘预测模型可以得到病穗率和气象因子之间直观的函数关系,模型平均预报精度达到97%.2种模型均具有较高的预报精度,对小麦赤霉病的预防工作具有一定的参考价值.     

一种基于CNN和RF的恒星大气参数测量方法

随着LAMOST项目的相继实施,基于光谱的恒星大气参数自动测量方法的研究成为天文光谱分析的重要课题之一。本文使用“伪二维光谱”进行恒星大气参数自动测量,提出了卷积神经网络（Convolutional neural network,CNN）和随机森林（Random Forest,RF）结合的方法,利用卷积神经网络的特征提取能力和随机森林的回归拟合能力实现对恒星大气参数的高精度预测。通过对比实验得出,有效温度、表面重力、化学丰度三大参数的平均绝对误差分别达到123.65K、0.2055dex、0.1486dex,与传统方法相比精度提升5.24%,15.50%,15.52%。实验结果验证了该算法的有效性,也证明了利用基于一维光谱设计构造的伪二维谱可以保留更多相关的特征信息,进而提升了恒星大气参数测量结果的精度。     

基于 XGBoost 的房价预测优化

观来说，房价受到诸多因素的制约，正因如此，房价预测仍然是数据分析中一个非常经典且具有挑战性的问题.本文针对房价数据冗余，在实际场景中很难确定重要特征，提出了一种创新的数据预处理方式，并通过双模型迭代拟合的方式进行数据预测.首先从数据意义、数据形式和数据关联性三个方面进行初始数据预处理，然后根据数据选择适合的模型进行训练.在传统机器学习中，Random Forest和 XGBoost是两种常用的方法.RF 模型通过其 Bagging 过程，能够准确地评判“冗余”特征，而 XGB 模型在提高预测效果的同时，也囿于其泛化能力下降，无法稳定地反映特征重要性.因此，本文利用 RF 模型处理冗余数据，并使用XGB模型对新数据集进行拟合提高预测效果.本文在Kaggle竞赛的数据集（"House Prices Advanced Regression Techniques"）上进行了实验，测试结果显示，XGB回归模型最终的回归精度R2为87%，而单独的RF模型或XGB模型的R2分别为79.2%和78.7%.实验证明，该数据预测方法能够明显提高房价预测效果.同时，为充分体现模型拟合效果和预测能力，将“房价”改为具有“高”和“低”两类的离散变量，最终预测结果的精确度为93%，召回率为93%.     

基于机器学习的飞机起落架着陆载荷预测模型

随着物联网、大数据技术的深入发展,一型装备交付部队的同时,往往需同步提供数字孪生模型以优化视情维护过程。论文基于某型号飞机试飞数据,提出一种将机器学习技术用于飞机起落架着陆载荷预测模型构建的方法。以某型号飞机飞行参数为输入,以传感器实测的左起落架垂向载荷为输出,经数据清洗和特征降维后,分别建立极端梯度提升（extreme gradient boosting, XGBoost）、随机森林（Random Forest）和多层前馈（back propagation, BP）神经网络模型,并对所建模型进行调优。经对比和评估,XGBoost模型具有最高的预测精度,对起落架载荷绝大多数样本的预测误差均保持在6%以内,同时建模时间少,泛化能力强,为起落架载荷预测最优模型。     

江西省龙南县滑坡易发性评价

区域滑坡易发性评价是国内外地质灾害研究的重点和热点。目前,国内外学者已提出了支持向量机(support vector machine,SVM)、BP神经网络和随机森林等多种模型并成功用于滑坡易发性评价。但在利用这些机器学习模型评价滑坡易发性时,存在着参数选取困难、建模效率低、模型训练时间长和对评价指标解释能力弱等问题。为简化建模过程、提高预测精度及增强模型的可解释性,提出了基于频率比分析和偏最小二乘回归法(partial least squares regression,PLSR)的滑坡易发性评价模型。PLSR模型很好地发挥了主成分分析和回归分析的优势,考虑了评价指标间的内在联系,具有建模过程简洁、可解释性强的优点。将结合频率比法的PLSR模型应用于江西省龙南县滑坡易发性评价,并与BP神经网络、SVM模型的易发性评价结果进行对比。研究表明:PLSR模型的预测精度优于BP神经网络,且与SVM模型预测精度接近;另外,在综合考虑建模效率、预测精度和模型解释能力的情况下,PLSR模型具有更高的实用性。     

普通混凝土强度预测的BP神经网络模型

在分析普通混凝土强度影响因素基础上 ,选取混凝土配料中 7个因素作为输入值 ,混凝土2 8d强度作为输出值建立了混凝土强度预测的 BP网络模型。讨论了模型的学习样本、网络参数对预测精度的影响 ,选出最佳网络参数配置。实例证明模型预测精度高。