基于LSTM-HFTS-EC的PM2.5区间多尺度组合预测研究

针对PM2.5传统点值预测会损失浓度值的波动信息,进而无法充分表示和估计其波动和变化的区间范围,提出了一种基于长短期记忆模型(LSTM)-混合模糊时间序列(HFTS)-误差修正(EC)的PM2.5区间多尺度组合预测方法;在结合深度学习和区间多尺度分解方法的基础上,进一步考虑预测误差中隐含的有效信息,建立区间时间序列组合...     

基于多机器学习模型的逐小时PM2.5浓度预测对比

【目的】比较分析XGBoost模型、LightGBM模型、随机森林模型(RF)、K最近邻模型(KNN)、长短期记忆神经网络(LSTM)、决策树模型(DT)共6个PM_2.5浓度预测模型,以准确、及时预测环境PM_2.5浓度。【方法】基于重庆市合川区2020年全年空气质量监测数据和气象数据,通过最大相关最小冗余算法(MRMR)进行数据降维选择最优特征子集,作为模型的输入,逐一进行PM_2.5浓度预测;考虑到不同季节PM_2.5浓度差异较大,故分季节预测了PM_2.5浓度;为了探究各模型预测性能,计算了各模型运行时间和内存占用,并基于PM_2.5与特征变量的相关性和特征变量的重要性探讨了模型预测性能季节性差异原因。【结果】模型总体预测精度从高到低排序为 XGBoost、RF、LightGBM、LSTM、KNN、DT模型;预测性能方面,6个模型均表现为秋冬季节预测精度高于春夏季节;LightGBM模型可在保证模型精度的情况下,大幅减少模型训练时间和内存占用;特征重要性显示PM₁₀浓度、气温和气压的重要性高,O₃浓度、风向和NO₂浓度重要性相对较弱。【结论】采取MRMR方法进行数据降维选取的最优特征子集能较好地预测PM_2.5浓度;相比较而言,XGBoost、RF、LightGBM、LSTM模型在PM_2.5浓度预测上具有较优性能,其中综合性能较好的为LightGBM模型。     

基于SSA-LSTM组合模型的城市轨道交通短时客流预测

随着我国经济的快速增长及城市化水平的不断提高,轨道交通在居民出行中发挥着越来越重要的作用。作为影响城市轨道交通运营效益和服务水平的关键因素,客流精准预测受到运营管理者和研究者的日益重视。为提高城市轨道交通客流预测精度,提出了基于麻雀搜索算法(SSA)和长短期记忆网络(LSTM)的SSA-LSTM组合模型。本文以杭州地铁一号线客流量数据为例,在选取轨道交通客流相关影响因素的基础上,利用建立的SSA-LSTM模型对相关站点进行短时客流预测,并与LSTM模型、遗传算法(GA)优化的LSTM模型(GA-LSTM)以及粒子群算法(PSO)优化的LSTM模型(PSO-LSTM)预测结果进行对比分析。结果表明,相比于前述参照模型,SSA-LSTM模型的预测精度分别提升了19.1%、9.7%和2.4%,并在均方根误差指标方面有更优异的表现。SSA-LSTM组合模型在城市轨道交通客流预测中具有一定的应用价值,具有协助运营管理者提高城市轨道交通运营管理效益和提高服务水平的潜力。     

基于RF-EMD-LSTM对PM2.5浓度预测研究

实现PM_2.5浓度的精准预测对空气污染防治具有重要的指导作用.鉴于多数研究中PM_2.5浓度预测算法和特征都较为单一,不能精确实现PM_2.5浓度的短时预测,提出了一种新颖的混合预测框架(RF-EMD-LSTM),通过过去24 h数据实现下一小时PM_2.5浓度预测.首先利用随机森林算法(random forests, RF)对污染物数据特征进行重要性评估,实现特征选择;然后再将特征数据与通过经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)的PM_2.5特征分解后的序列联合作为长短期记忆网络(long short term memory network, LSTM)的输入数据,进行模型训练,训练结果相加获得最终PM_2.5浓度预测值.实验结果表明,提出的混合模型与其他单一模型相比,预测精度明显最佳.     

基于BP神经网络和Logistic模型的中国人均粮食产量预测研究

文章提出了一种基于长短期记忆网络(Long-short Term Memory network, LSTM)的两阶段均值-CVaR投资组合模型(LSTM+CVaR)。该模型在第一阶段采用LSTM预测股票收益并对股票进行选择;在第二阶段运用均值-CVaR模型来确定所选股票的投资比例。最后,以沪深300指数股为样本数据,在考虑交易成本和上界约束的情况下,比较LSTM+CVaR模型、LSTM预测选股的等比例模型、随机选股的CVaR模型、随机选股的等比例模型和沪深300指数的风险收益特征、累计收益率和夏普比率。实证结果表明：LSTM+CVaR模型能够实现比传统的投资组合模型更高的平均收益率、收益风险比、累计收益率和夏普比率;减少交易成本和放宽上界约束能提升投资组合模型的表现。

     

基于深度学习组合模型的交通流预测

为了研究高速公路在交通流预测过程中时间粒度对于精度的影响,及时向出行者提供精准实时的道路信息,通过TensorFlow深度学习模块,建立支持向量回归(SVR)与长短时记忆(LSTM)相结合的预测模型。基于LSTM模型的长期记忆功能与支持向量回归非线性化特点,调整优化参数,以英国高速公路局提供的M3高速公路数据为例进行分析,根据预测结果对模型进行对比评价,并结合模型对不同时段的交通流数据进行分析研究。结果表明：SVR-LSTM组合预测模型对于高速公路数据有更好的适应性,而且时间粒度如果越精细,预测精度将大幅提高。     

基于改进Bi-LSTM和XGBoost的电力负荷组合预测方法

电力负荷预测在平衡能源分配、经济性和电力系统安全可靠运行方面发挥着重要作用,精准的负荷预测可以降低电力运行的成本和风险,提高电网环境效益和经济效益.首先根据加权灰色关联投影算法对数据进行预处理,然后应用注意力(Attention)机制来改进双向长短期记忆(Bi-LSTM)模型,并结合极端梯度提升(XGBoost)模型构...     

基于多变量混合长短期记忆神经网络的长沙PM2.5预报模型

为了提高PM2.5浓度预报准确率,基于长短期记忆（LSTM）神经网络构建多变量混合预报模型（hLSTM）,利用空气质量数据、气象数据和日期时间信息对长沙10个空气质量监测站未来24小时PM2.5浓度进行逐小时预报,并对模型精度进行评估。结果表明：hLSTM逐小时PM2.5预报模型误差随预报时效的增加呈现前陡后缓逐步增大,均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）和平均绝对百分比误差（MAPE）分别从1 h的6.53 μg·m-3、4.03 μg·m-3和16.02%增大到24 h的20.62 μg·m-3、13.56 μg·m-3和47.34%;模型误差存在明显的季节性差异,呈现冬季>秋季>春季>夏季的特征;相较于基于决策树（DTs）、循环神经网络（RNN）和普通LSTM的预报模型,hLSTM模型能更好地提取长沙PM2.5浓度数据的时序特征,达到更高的预报精度;利用hLSTM模型对长沙2019年12月13日~16日重污染天气过程PM2.5浓度进行预报,各时效的预报结果均能反映污染过程中PM2.5的变化趋势,其中3 h内的预报结果与观测值吻合程度较高。可见hLSTM可较好提取长沙PM2.5浓度变化特征,为其短临预报提供一种新思路。     

多模型专家组合预测系统大纲

用１９种模型与５种群组决策方法相融合，构成了多模型专家组合预测系统，该系统较好地解决了多模型多专家预测分歧意见的协调统一问题，并已用于土地利用系统中大量要素变化的预测。     

利用人工智能神经网络预测广州市PM2.5日浓度

利用差分整合移动平均自回归模型(ARIMA)、后向传播神经网络(BP)以及长短期记忆神经网络(LSTM),对广州市2015—2019年的PM2.5浓度数据进行训练和预报,研究集合经验模态(EEMD)分解和时间分辨率对不同模型预报准确性的影响.结果表明,EEMD分解可以显著地提升低频分量的预报效果;提高输入数据的时间分辨...     

基于CNN-LSTM-lightGBM组合的超短期风电功率预测方法

近年来,风电装机规模逐年增加,风电数据采集量呈现规模化增长,面对海量多维、强波动的风电数据,风电功率预测精度仍面临一定的挑战。为提高风电功率预测精度,提出了基于卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)-长短期记忆网络(long short-term memory, LSTM)和梯度提升学习(light gradient boosting machine, lightGBM)组合的超短期风电功率预测方法。首先,分别建立CNN-LSTM和lightGBM的风电功率超短期预测模型。其中,CNN-LSTM模型采用CNN对风电数据集进行特征处理,并将其作为LSTM模型的数据输入,从而建立CNN-LSTM融合的预测模型;然后,采用误差倒数法对CNN-LSTM和lightGBM的预测数据进行加权组合,建立CNN-LSTM-lightGBM组合的预测模型;最后,采用张北曹碾沟风电场的风电数据集,以未来4 h风电功率为预测目标,验证了组合模型的有效性。预测结果表明：相较于其他3种单一模型,组合模型具有更高的预测精度。     

基于VMD-LSTM-ELMAN模型的国际原油价格人工智能预测研究

针对国际原油价格序列的高度非线性、非平稳性和时变性等复杂特征,本文提出一种基于变分模态分解(Variational modal decomposition, VMD)和组合预测模型LSTM-ELMAN的方法对国际原油价格进行预测。首先采用VMD方法将原始原油价格分解为不同频率的子序列;然后采用不同模型分别对高频和低频序列进行预测,利用ELMAN神经网络(Elman neural network, ELMAN)预测最后一个高频分量,长短期记忆网络(LSTM,Long short-term memory network)作为主要的预测模型来预测其他子序列;最后重构不同模型的子序列预测值,进而得到最终的预测结果。实证研究结果表明,本文所提出的VMD-LSTM-ELMAN混合模型相较于对比模型不仅能够明显提高国际原油价格的预测精度,而且在不同训练集长度和市场环境下仍能保持预测优势,具有较强的泛化性与可靠性。总体而言,基于国际原油价格的实验证明了VMD-LSTM-ELMAN是一种有效且稳定的预测模型,能够为政府和企业提供有效的智能技术支持。     

基于多特征融合的股票走势预测研究

为了更好地对股票走势进行预测,提出了一种在原有BiLSTM基础上引入注意力机制的股票预测模型,该模型不仅将股票交易数据作为模型输入,同时考虑到金融新闻对股价的影响.针对Reddit中苹果公司2010年到2018年间每日的新闻标题进行了研究,模型的输入特征来自于3部分：一是从文本数据中提取出的语义特征,二是股票的历史交易数据,三是从文本数据中提取出的情感特征,最后将上述输入特征融合到一起放入BiLSTM+Attention模型中进行训练,达到对股票的次日收盘价预测的效果.最终对5个模型进行对比实验,评价指标结果表明,提出的模型较其他模型相比预测效果更好.     

PM2.5浓度预测模型的应用

空气中PM2.5浓度问题越来越受到各界的关注。根据PM2.5浓度数据的特征,首先选择ARIMA预测模型进行浓度预测;考虑到BP神经网络易陷入局部最小,而遗传算法具有全局搜索的能力,给出了遗传算法优化的BP神经网络预测模型;为了进一步提高预测精度,引入IOWGA算子,将ARIMA预测模型与遗传算法优化的BP神经网络预测模型相组合,给出了基于IOWGA算子的组合预测模型;最后经过实例仿真分析验证了模型的可行性和有效性,为PM2.5浓度预测提供基础资料。     

基于MPA-LSTM模型和Bootstrap方法的短期光伏功率区间预测

光伏发电功率的波动性和间歇性为电力系统调度管理带来巨大的挑战,精确的光伏功率区间预测是解决上述问题的一种有效途径。为此,本文提出了一种基于LSTM网络的新型短期光伏功率区间预测模型。采用MPA对LSTM网络的隐含层神经元数和训练批次数等超参数进行自动寻优,以克服随机选取LSTM模型参数过程中存在的盲目性、费时等问题;并将MPA-LSTM模型用于光伏功率点预测。然后,采用Bootstrap方法分析模型预测结果的误差分布,确定模型预测输出的区间范围。最后,通过对比仿真验证所提模型的有效性。结果表明：本文所提的MPA-LSTM模型均方误差的平均值为1.09%,优于SVM、LSTM、PSO-LSTM和MPA-SVM模型;Bootstrap方法能够准确地描述给定置信度水平下的光伏功率波动范围。     

基于监督局部模型的设备剩余寿命预测

精确预测设备的剩余使用寿命能帮助厂商衡量所生产设备的质量,也有利于使用者及时更换或修理设备。截至2021年,基于相似性预测剩余寿命的研究大多使用欧式距离进行相似性的判定,容易出现维度灾难。本研究结合长短期记忆网络和自编码器提取设备的时序特征,之后使用监督局部模型进行剩余使用寿命预测,以随机森林为基础进行相似性的判定。最后,本研究使用C-MAPSS数据集验证了所提出方法的有效性,所提出方法在预测精度上要优于其余几个对比方法,并进行相关的讨论。     

航空器爬升与下降阶段4D航迹预测

准确的4D航迹预测可以在冲突探测与解脱、航迹优化和空中交通流量管理等多个领域发挥重要作用。为提高预测的准确性,提出了基于机器学习的航空器4D航迹预测方法。首先,利用爬升阶段提取研究指标,构建循环神经网络(recurrent neural network, RNN)和长短期记忆网络(long short-term memory, LSTM);其次,在下降阶段进行数据维度拓展,构建RNN、LSTM模型进行航迹预测;最后,对各个维度上的预测航迹点和实际航迹点的误差进行分析。仿真结果表明,爬升阶段模型和下降阶段模型对于航空器位置预测准确性高,展现了航迹预测模型的良好鲁棒性。     

基于分布式优化思想的配电网用电负荷多层协同预测方法

当前,分布式新能源、电动汽车等新元素在配电网中涌现,改变了负荷的构成,丰富了负荷的内涵,给负荷预测带来了严峻挑战.事实上,用电负荷在配电网的多个电压层级以自下而上的方式聚合,但现有预测研究鲜少考虑此类层级化特征.为保障负荷自下而上的聚合一致性并且联合提升各层级的负荷预测性能,提出了一种基于分布式优化算法的用电负荷多层协...