一种基于粒子群优化的极限学习机

极限学习机(ELM)是一种新型的前馈神经网络,相比于传统的单隐含层前馈神经网络(SLFN),ELM具有速度快、误差小的优点.由于随机给定输入权值和偏差,ELM通常需要较多隐含层节点才能达到理想精度.粒子群极限学习机算法为使用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)选择最优的输入权值矩阵和隐含层偏差,从而计算出输出权值矩阵.一维Sinc函数拟合实验表明,相比于ELM算法和传统神经网络算法,粒子群极限学习机算法依靠较少的隐含层节点能够获得较高精度.     

基于粒子群优化极限学习机的排水管结构状况评价

基于极限学习机(ELM)和粒子群优化(PSO)算法,建立一个新型排水管道结构性状况评价模型。采用PSO算法优化ELM中的输入权值矩阵和隐含层偏置,改善网络参数随机生成带来的分类精度偏低的问题。以上海市洋山保税港区排水管网为例,对分类器模型进行训练测试,并与ELM分类结果进行对比分析。结果表明,PSO-ELM算法以较少的隐含层神经元节点获得更高的分类精度,参数优化提高了模型拟合能力,对于城市排水管道结构性状况分类、判断具有可行性和有效性。     

基于粒子群优化极限学习机数据预测模型研究

极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)是一种新型的前馈神经网络,该网络由广义逆直接求出输出层权重,使得其具有误差小、速度快的优点。但针对具体问题,ELM不能自动寻找到最佳的网络结构,从而造成该算法模型针对复杂、无规律性的数据精度及稳定性较差。为了提高极限学习机的泛化能力和预测精度,提出利用粒子群优化极限学习机算法对不同数据进行预测。使用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)选择最优的隐含层偏差和输入权值矩阵,计算出输出权值矩阵,从而提高ELM的精度及稳定性。并通过PSO-ELM和ELM分别对复杂程度不同的汽油辛烷值和交通流量数据进行算法预测比较发现,PSO-ELM优化算法对无规律性、复杂程度高的数据可以获得更高的精度,提高了数据预测的拟合能力。实验结果表明,PSO-ELM对于非线性、无规律性等复杂特性的数据预测具有一定的可行性和有效性。     

基于和声搜索算法的极限学习机网络优化

极限学习机(ELM)因其运算速度快、误差小等优点而得到广泛的应用,但由于随机给定输入权值和阈值可能导致隐含层节点无效,因此,ELM通常需要增加隐含层节点数来提高预测精度,从而导致网络泛化能力不佳。为了解决上述问题,提出一种和声搜索算法的极限学习机网络(HS-ELM),采用和声搜索算法不断调整ELM输入权值和隐含层阈值矩阵选取最优以达到优化网络的目的。最后通过两种复杂度不同的非线性函数拟合加以验证。结果表明,传统ELM网络平均预测误差为0.31×10-3%和1.6%,HS-ELM的平均预测误差为0.01×10-3%和0.4%。证明和声搜索算法优化后的ELM网络在同等情况下所需的隐含层节点数和预测精度均优于传统ELM网络的。     

基于PSO-ELM的双目视觉摄像机标定

针对极限学习机( extreme learning machine,ELM)在隐层节点数较少时标定精度较低的问题,利用粒子群优化算法( particle swarm optimization,PSO)与极限学习机相结合的方法对双目视觉摄像机进行标定。在标定过程中,ELM直接描述图像信息与三维信息之间的非线性关系,然后利用PSO优化ELM的输入权值与隐层阈值。实验结果表明,与ELM相比较,基于粒子群极限学习机( PSO-ELM)的双目视觉摄像机标定方法能仅用较少隐层节点数获得较高精度。     

基于PSO与ELM组合算法的短期光伏发电功率预测模型

光伏发电功率受自然环境因素影响较大,具有很强的随机性和波动性,准确及时的光伏发电功率预测对电网的调度运行具有重要的意义.提出了一种基于PSO与ELM组合算法的短期光伏发电功率预测模型.该模型通过调整粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)不同阶段的寻优重点,为极限学习机(extreme learning machine,ELM)设定出了最佳网络参数,避免了ELM随机产生输入层权值和隐含层阈值造成的网络不稳定问题.同时结合传统神经网络和ELM网络隐含层节点选取原则为组合模型,设定了最佳隐含层节点数,提高了模型预测精度.实际算例验证了组合算法模型能够有效提高短期光伏发电功率预测的预测精度.     

基于GA-ELM数控铣刀寿命预测模型研究

在加工过程中,刀具磨损状况对零件的加工质量具有重要影响,精确预测刀具寿命是智能制造系统必须具有的关键功能之一.在分析数控铣刀寿命影响因素的基础上,引入极限学习机(ELM)算法模型,建立数控铣刀寿命预测模型.在寿命预测过程中,采用遗传算法(GA)对ELM模型的输入权值和隐含层阈值进行优化,建立基于GA-ELM的数控铣刀寿命预测模型,同时将其与基本BP神经网络、优化BP神经网络和基于粒子群改进的BP神经网络的预测结果进行对比分析.结果表明,基于GA-ELM的刀具寿命预测模型相比较于其他3种算法更加优越,是一种行之有效且精度高的刀具寿命预测算法.     

双并行结构优化的极限学习机及其在回归数据集中的应用

极限学习机(ELM)发展自单隐含层前馈神经网络算法,其理论简单,运行快速,应用非常广泛.为了提高ELM的泛化性能,提出了一种带有双并行结构的优化ELM算法(DPELM).在DP-ELM中,建立输入层和输出层间特殊的连接,使得DP-ELM的输出节点不仅可以接收隐含层节点的信息,也可直接接收输入节点的自信息.利用3组回归数据集验证算法性能,实验结果证明,与ELM相比,DP-ELM可以达到更好的回归精度以及更稳定的泛化能力.     

基于去噪自编码器的镜像极限学习机设计

针对极限学习机在高维度、含噪声数据集中需要大量隐含层节点来保证分类性能的问题,设计了镜像极限学习机.该算法使用伪逆法确定输入权值,随机生成输出权值和偏置,在对数据进行分类时,它仅需极少的隐含层节点.为了提升镜像极限学习机的分类性能和抗噪性,将它与去噪自编码器相结合.利用去噪自编码器对输入数据进行特征提取,并将提取到的特征作为镜像极限学习机的输入数据,再进行网络训练.在无噪和含噪声的MNIST,Fashion MNIST,Rectangles和Convex数据集中,将基于去噪自编码器的镜像极限学习机与ELM,PCA-ELM,SAA-2和DAE-ELM作对比实验,结果表明,基于去噪自编码器的镜像极限学习机的综合性能最优,用于分类的网络隐含层节点数最少.     

基于去噪自编码器的镜像极限学习机设计

针对极限学习机在高维度、含噪声数据集中需要大量隐含层节点来保证分类性能的问题，设计了镜像极限学习机.该算法使用伪逆法确定输入权值，随机生成输出权值和偏置，在对数据进行分类时，它仅需极少的隐含层节点.为了提升镜像极限学习机的分类性能和抗噪性，将它与去噪自编码器相结合.利用去噪自编码器对输入数据进行特征提取，并将提取到的特征作为镜像极限学习机的输入数据，再进行网络训练.在无噪和含噪声的MNIST，Fashion MNIST，Rectangles和Convex数据集中，将基于去噪自编码器的镜像极限学习机与ELM，PCA-ELM，SAA-2和DAE-ELM作对比实验，结果表明，基于去噪自编码器的镜像极限学习机的综合性能最优，用于分类的网络隐含层节点数最少.     

基于粒子群优化算法的最优极限学习机

针对极限学习机隐含层神经元个数选取的问题,提出以粒子群优化算法搜索最佳隐含层神经元个数,用极限学习机模型的测试准确率作为粒子群优化算法适应值的方法(PSO-ELM)。基于手写数字数据集digits分别对比了随机设置隐含层神经元个数的极限学习机、用粒子群算法优化的极限学习机输入权重和隐层偏置的极限学习机(PSO-ELM)、传统的BP算法以及SVM算法对手写数字的识别率,对比结果表明,粒子群优化算法得到的隐含层神经元个数在极限学习机中拥有较高的准确率。     

PSO-ELM在低压系统短路电流峰值预测中的应用

在短路电流早期检测的基础上,提出一种基于粒子群优化极端学习机(PSO-ELM)的短路电流峰值预测方法.利用短路电流暂态特性分析确定预测模型的输入特征量,采用粒子群算法对极端学习机的输入权值和隐层偏置进行优化,最后,将提出的预测算法应用于低压多层级实验平台,并且与传统BP、 ELM算法进行比较.实验结果表明,基于PSO-ELM模型的短路电流峰值预测方法能够在全相角范围内准确地预测短路电流峰值,可作为低压多层级系统全选择性保护的短路故障预测算法.     

基于ELM神经网络的FAST节点位移预测研究

针对ELM神经网络隐含层节点数目需要人工设定,容易出现过拟合现象从而导致网络的泛化能力降低的问题,引出了基于误差最小化的ELM神经网络的改进方法 EM_ELM算法,并在理论上论证了EM_ELM算法对于提高ELM神经网络预测精度和泛化能力的可行性.随后将EM_ELM算法应用到FAST节点位移的预测模型中,并且进行了仿真验证.仿真结果表明虽然EM_ELM神经网络在训练时间上有了一定的损失,但是仍能满足实时性的要求,而且它的预测精度和泛化能力都得到提升,证明了改进算法的有效性与可行性,进一步说明了EM_ELM神经网络更适合应用于FAST节点位移预测.     

极端学习机算法的改进及应用研究

极端学习机是一种新型的单隐藏层前馈神经网络模型,其输入权值和隐藏层阈值随机设置,其输出权值解析计算得到。因此,其运算速度是传统的BP神经网络的数千倍,而且具有良好的模型辨识能力。然而,极端学习机的输入权值和隐藏层阈值是随机设定的,可能不是使网络训练目标能达到全局最小值时的最优模型参数。针对此不足,本文采用最小二乘思想确定极端学习机的输入权值和隐藏层阈值。同时,将改进的极端学习机算法应用于电站锅炉的燃烧热效率建模,并与BP、原始极端学习机、粒子群优化极端学习机和"教与学"优化极端学习机算法进行比较,证明了改进算法的有效性。     

比例延迟微分方程的极限学习机算法

目的 针对比例延迟微分方程,提出一种基于极限学习机(ELM)算法的单隐藏层前馈神经网络训练方法,并将该方法推广到求解双比例延迟微分系统。方法 首先,构建一个单隐藏层前馈神经网络并随机生成输入权值和隐藏层偏置;然后,通过计算系数矩阵使其满足比例延迟微分方程及其初值条件,将其转化为最小二乘问题,利用摩尔-彭罗斯广义逆解出输出权值;最后,将输出权值代入构建的神经网络便可获得具有较高精度的比例延迟微分方程数值解。结果 通过数值实验与已有方法的结果进行比较,验证了该方法对处理比例延迟微分方程与双比例延迟微分系统的有效性,且随着选取的训练点和隐藏层节点数量增多,所得到的数值解精度和收敛速度也随之增加。结论 ELM算法对处理比例延迟微分方程以及双比例延迟微分系统具有较好的效果。     

一种改进的RBF神经网络混合学习算法

提出一种基于粒子群优化算法、K-means算法及减聚类算法的径向基函数(RBF)神经网络混合学习算法.该算法使用减聚类方法确定隐层节点数,具有自适应确定隐层节点的能力,避免了调整隐层节点的人为干预.通过K-means算法形成粒子群优化(PSO)算法初始粒子群,避免了初始粒子群的随机性,提高了粒子群优化算法的优选能力;采用PSO算法训练RBF神经网络中的所有参数.数值结果表明,改进的混合算法具有更高的分类准确率。     

基于ECTLBO-ELM模型的荷电状态估计

电池的荷电状态(SOC)表示电池的可用容量,是电池管理系统重要参数之一。以锂离子电池为例,准确的估计可以提高其性能。为了建立锂离子电池的精确计算模型,提出了一种基于增强混沌教与学优化算法(ECTLBO)优化极限学习机(ELM)的SOC估计模型(ECTLBO-ELM)。在ECTLBO-ELM模型中,一是利用增强混沌优化策略对班级中最优个体进行混沌搜索以增强TLBO算法的全局优化性能;二是采用改进的TLBO算法优化ELM的输入权值和隐含层偏差,提高其估计性能。利用某10AH的锰酸锂电池的三种不同倍率下的放电实验数据集对提出的算法进行测试,为了揭示所提方法的性能,将结果与标准ELM算法进行比较。结果表明,该方法能较好地估计SOC。     

ELM岭回归软测量建模方法

ELM(极限学习机)是一种新型的前馈神经网络,可有效处理函数的回归问题.针对ELM学习算法隐含层输出可能存在的复共线性问题,提出了ELM岭回归(ELMRR)软测量建模方法.该算法利用岭回归方法代替原有的线性回归算法,以误差平方和均值为性能指标,采用粒子群优化算法确定最佳岭参数,克服了传统岭回归算法最佳岭参数难以确定的缺...     

基于PSO-ELM的低压系统短路电流峰值预测

针对现有短路电流预测技术的不足,在短路电流早期检测的基础上,提出一种基于粒子群优化极端学习机（PSO-ELM）的短路电流峰值预测方法。利用短路电流暂态特性的分析确定预测模型的输入特征量,采用粒子群算法对极端学习机的输入权值和隐层偏置进行优化,最后,将提出的预测算法应用于低压多层级实验平台,并且与传统BP、ELM算法进行比较。实验结果表明,基于PSO-ELM模型的短路电流峰值预测方法能够在全相角范围内准确地预测出短路电流峰值,可作为低压多层级系统全选择性保护的短路故障预测算法。     

基于改进粒子群优化算法和极限学习机的混凝土坝变形预测

混凝土坝变形预测是评价大坝运行状态和预测大坝行为的重要方法.但是,混凝土坝的随机荷载和强非线性变形限制了传统多元线性回归模型的应用.而人工神经网络模型则对复杂和高度非线性行为具有良好适应性.针对基于梯度下降法的常规神经网络模型收敛速度慢和过度拟合等问题,提出了一种基于改进型粒子群优化算法选取极限学习机(ELM-IPSO)最优参数的大坝变形预测模型.针对传统粒子群算法搜索时间长、容易陷入局部最优的特点,采用自适应惯性权重和动态调整学习因子,对粒子群算法进行了改进.研究表明,IPSO算法提高了粒子群优化的全局搜索能力,提高了计算效率.应用IPSO优化ELM模型的初始权值和阈值.通过东江混凝土拱坝的实测资料,验证ELM-IPSO模型的预测性能.将计算结果与BPNN模型、ELM模型和传统ELM-PSO模型的结果进行比较.BPNN模型、ELM模型、ELM-PSO模型和ELM-IPSO模型的平方相关系数R2分别为89.15%、91.13%、93.87%和94.36%.ELM模型的R2大于BPNN模型,说明ELM模型比常规的BPNN模型预测精度更高,泛化性能更好.ELM-PSO模型的预测精度大于ELM模型,说明PSO对ELM的优化在提高预测精度方面具有良好的作用.4个模型中,ELM-IPSO模型的R2最大,预测精度最高,这表明提出的ELM-IPSO模型能够有效提高混凝土坝变形的预测能力.