基于极限学习机的非平稳下击暴流风速预测

分别运用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)法和快速集合经验模态分解(fast ensemble empirical mode decomposition,FEEMD)法将非平稳下击暴流风速分解为一系列稳态序列集,即固有模态分量.建立极限学习机(extreme learning machines,ELM)风速预测模型(EMD-ELM)和快速EMD-ELM(FEEMD-ELM),分别对分解后的非平稳脉动风速训练集和测试集进行预测.同时,将EMD和FEEMD与基于粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)进行混合,形成EMD-PSO-LSSVM和FEEMD-PSO-LSSVM混合模型算法.通过比较这4种预测算法的结果发现,基于EMD-ELM和FEEMD-ELM的非平稳下击暴流风速预测模型更为准确高效,其中FEEMD-ELM模型预测最佳.     

基于极限学习机模型参数优化的光伏功率区间预测技术

提出一种基于极限学习机(ELM)模型参数优化的光伏功率区间预测技术.首先,提出加权欧氏距离作为光伏功率预测区间评估指标,筛选历史样本单元并优化ELM训练集;然后,提出ELM参数混合寻优算法,利用精英保留策略遗传算法与分位数回归优化ELM模型隐层输入及输出权重与偏置参数,并采用训练后的模型预测光伏功率区间;最后,基于光伏电站与气象站历史数据构建实际算例,预测光伏功率区间,并与其他方法得到的结果进行对比.算例结果表明：所提方法在增加区间预测可信度的同时,能较大程度提高区间预测准确度.     

基于RS-MIV-ELM模型的基坑水平位移影响因素分析和预测

为了预测基坑的测斜最大水平位移及深度,提出了基于粗糙集(RS)属性约简、平均影响值(MIV)和极限学习机(ELM)的组合模型RS-MIV-ELM.在系统分析、量化变形影响因素的基础上,利用RS属性约简算法和基于ELM的MIV算法(ELM-MIV)分别去除影响因素集中的冗余因素和相关性极小的因素,以简化模型输入变量;采用简化的影响因素集训练ELM模型,并用ELM模型对其他测点位移进行预测.验证结果表明,RS-MIV-ELM模型的训练速度、预测精度和泛化能力均比全因素ELM模型和基于最简集的BP神经网络模型RS-MIV-BP具有较大的提高,其均方根误差和平均相对误差仅为全因素ELM模型和RS-MIV-BP模型的1/2~2/3.     

基于邻域粗糙集的极速学习机算法

将基于单隐层前馈神经网络(SLFN)提出的极速学习机(ELM)算法和邻域粗糙集理论进行结合,提出基于邻域粗糙集的极速学习机算法,采用邻域粗糙集对样本集进行属性约简,去掉冗余属性,利用ELM对约简后的数据集进行学习,并对数据样本进行预测。实验表明ELM算法相比具有更高的训练精度和测试精度。     

硫脲衍生物抗丙型肝炎病毒活性的分类模型

感染丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus,HCV)可引起慢性肝炎、肝硬化、甚至肝细胞癌.开发新型、高效的抗HCV药物迫在眉睫.半最大效应浓度EC50是衡量药物活性的重要参数.在本研究中,基于结构—活性关系建立了121种硫脲衍生物抗HCV活性的分类模型.硫脲衍生物分成训练集(61种衍生物)和测试集(60种衍生物).从每种硫脲衍生物计算4885个分子参数之后,采用二元Logistic回归的Wald向前逐步方法得到包含5个分子参数的分类模型.所建分类模型对训练集整体预测精度(precision)为93.4%,对测试集整体预测精度91.7%.本文所得分类模型与文献报道模型相比,具有更好的预测硫脲衍生物抗HCV活性的能力.     

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。     

一种基于SMOTE的不均衡样本KNN分类方法

针对在数据样本不均衡时,K近邻(K-nearest Neighbor,KNN)方法的预测结果会偏向样本数占优类的问题,本文提出了一种基于合成少数类过采样方法(SMOTE)的KNN不均衡样本分类优化方法(KSID)。该方法过程为:首先使用SMOTE方法将不均衡的训练集均衡化,并训练逻辑回归模型;然后使用逻辑回归模型对训练集进行预测,获取预测为正样本的数据,通过使用SMOTE方法均衡化该正样本,并训练KNN模型;最后把测试集放入该结合逻辑回归方法的KNN模型进行预测,得到最终的预测结果。围绕6个不均衡数据集,将KSID与逻辑回归、KNN和支持向量机(SVM)决策树等方法进行对比实验,结果表明,KSID方法在准确率、查全率、查准率、F1值这4个性能指标上均优于其他3种方法。通过引入SMOTE,KSID方法克服了KNN模型遇到样本不均衡数据集时,产生分类偏向的问题,为进一步研究KNN方法的优化和应用提供参考。     

基于极限学习机的电力系统暂态稳定评估方法

随着清洁能源替代和电力系统电力电子化的趋势增强,传统的基于理论模型的电力系统数值仿真方法将面临新的挑战,不依赖于元件模型的数据驱动型电网稳定评估方法逐渐受到重视.基于极限学习机(ELM)理论,提出适于在线应用的电力系统暂态稳定评估方法.首先,通过调节稳定和失稳仿真样本的比例进行样本筛选,减轻样本集中失稳样本较少而引起的样本不均衡现象,并引入递归特征消除法进一步处理样本集;然后利用交叉验证法优化ELM的网络结构,并用处理后的样本集进行ELM的训练;最后,根据神经网络的输出结果预测系统的稳定性,并改进泛化能力评价标准对结果的可靠性进行评估.算例分析表明,递归特征消除法可明显降低特征冗余度,改善模型性能,所提出算法的训练时间短且具有较高的预测准确度.     

基于互信息理论与递归神经网络的短期风速预测模型

风速的波动性和随机性为风电并网造成安全隐患,提高风速预测精度对于风电系统的稳定和风能发展十分重要.提出一种基于互信息(MI)理论和递归神经网络(RNN)的短期风速预测组合新模型(MI-RNN).该模型利用MI理论选择最优的历史风速序列长度(τ),通过每τ步预测下一时间点风速的方式,将历史风速数据输入RNN中进行模型训练,并由训练后的RNN模型输出最终的风速预测结果.将MI-RNN模型应用于风电场的风速数据集中,与传统机器学习风速预测模型进行比较,以验证模型的预测精度.结果显示,MI-RNN模型的预测精度更高,预测稳定性更强,并且能够准确预测未来风向,有望应用于含空间维度的风电场的风速预测.     

局域极端学习机及其在状态在线监测中的应用

针对训练样本贯序输入时的极端学习机(ELM)训练问题,提出一种可实现在线训练的局域极端学习机(LELM).LELM以逐次增样训练与减样训练的方式实现在线训练,从而有效保持了简约的模型结构,同时利用分块矩阵求逆引理有效减小了多次模型训练的计算代价.混沌时间序列在线预测仿真表明,LELM的在线训练时间远小于ELM,且预测精度更高.基于时间序列预测的雷达发射机状态在线监测实例表明,相比于利用粒子群优化的自适应灰色模型方法,LELM具有更高的计算效率与预测精度,适用于电子系统状态在线监测.     

基于EWT-PSO-Elman耦合模型在径流预测中的应用

由于径流序列的非线性和非平稳性,单一预测模型能力有限,难以做出准确预测。因此,论文基于澄碧河流域坝首站1979-2019年共41a的实测月径流序列,引入经验小波变换分解(EWT)、粒子群算法(PSO),建立一种基于Elman神经网络的组合月径流预测模型(EWT-PSO-Elman),并采用纳什效率系数(NSE)、平均相对误差绝对值(MAPE)和均方根误差(RMSE)对测试集的预测结果进行评价与分析,并将预测结果与EWT-PSO-BP、PSO-Elman、PSO-BP、Elman、BP模型进行比较。结果表明：EWT-PSO-Elman模型的纳什效率系数为0.9135,均方根误差为19.4511,预报等级为甲级,具有较好的预测精度和泛化能力;EWT-PSO-Elman模型的预测精度优于EWT-PSO-BP、PSO-Elman、PSO-BP、Elman、BP模型。可见,EWT-PSO-Elman模型具有更好的预测精度,可应用于径流预测研究中。     

风力发电塔架脉动风速时程模拟及其受力分析

简述了应用谐波合成法中的自回归模型(AR)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证了其与目标谱(Davenport谱)的一致性,进而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本的方法.本文采用线性滤波法,建立了脉动风速时程的AR模型,编辑出脉动风速时程模拟程序,对某风力发电塔架进行脉动时程分析,验证了该脉动风速时程模拟的可行性与有效性,并根据所模拟的脉动风对风电塔架进行了受力分析,分别对气动推力与脉动风对塔架顶部位移所产生的影响以及其筒体应力分布规律与大小进行了研究.     

极限学习机的快速留一交叉验证算法

针对回归和分类问题,提出一种极限学习机(Extreme Learning Machine, ELM)的快速留一交叉验证算法,并从理论和数值仿真两方面说明其有效性.结果表明,该算法避免了以训练样本数量N次的ELM模型的显式训练,其计算复杂度与N仅呈线性趋势增长,即O(N).即使在处理大型数据集建模问题时,该算法仍然可以快速地进行ELM模型的选择和评价.通过人工和实际数据集上的仿真实验,验证了该快速留一交叉验证算法的有效性.     

基于变分模态分解和引力搜索算法的径流预测模型研究

针对月径流数据的数据量小、高度非线性和非平稳性特点,提出了一种基于变分模态分解(VMD)、引力搜索(GSA)与支持向量回归机(SVR)的组合预测模型.首先对月径流样本进行Mann-Kendall(M-K)检验,找出突变点划分训练集与测试集;然后用VMD分别对训练集与测试集进行分解;最后对训练集数据进行训练,利用GSA对...     

自适应阈值AdaBoost.RT算法及其在轴承剩余寿命预测中的应用

针对自适应增强回归阈值(adaptive boosting regression threshold, AdaBoost.RT)算法用于判断训练样本好坏的阈值为常数,不能自适应地对每个测试样本动态调整判断标准的问题,提出了一种动态自适应调整阈值的改进AdaBoost.RT算法。通过引入训练结果的均值与标准差构造奇异系数作为判断相对误差的阈值,实现算法训练计算过程中阈值的自适应调整,在提高预测精度的同时,可以减少选择算法参数带来的繁重工作量。采用4组经典测试函数构造不同规模的训练样本数据进行算法检验,实验结果表明,提出的自适应调整阈值算法可以有效利用测试样本之间的差异性,克服了大噪声数据带来的干扰,改进后的集成算法可以改善回归模型的预测效果,提高模型的泛化性能。利用IEEE PHM 2012数据集验证所提方法的有效性,并与极限学习机(extreme learning machine, ELM)和原始AdaBoost.RT算法进行对比分析。结果表明：采用所提方法获得的轴承寿命预测均方根误差降低了5.18%,决定系数提高了3.11%。     

基于Logistic回归和神经网络比较的咽喉反流疾病的精准预测

数据来自吉林大学第二医院193位病人的反流症状指数评分量表(RSI)数据,应用Logistic回归模型与神经网络模型对咽喉反流疾病进行预测.首先对数据进行预处理和相关性检验,再将数据按7:3拆分成训练集和验证集,最后通过Logistic回归模型和神经网络模型两种方法对咽喉反流疾病进行预测.结果表明,Logistic回归模型的预测准确率为99.39%,神经网络早停止法训练出的模型预测准确率最高为98.61%.因此,Logistic回归模型对咽喉反流性疾病的预测更加准确,为咽喉反流疾病的高效识别奠定了基础.     

基于混合多变量经验模态分解和极限学习机的非平稳过程预测

传感器布置不足和传感器数据缺失是风压实测研究中需要解决的重要问题,风压的空间预测可以恢复缺失数据和拓展风压空间信息,帮助建立结构表面的风压分布.为此提出一种基于多变量经验模态分解(MEMD)和极限学习机(ELM)的空间预测算法.采用MEMD分解非平稳信号,得到多组模态数目相同且频率匹配的固有模态函数和余项.对分解得到的数据按频率进行重组,作为输入数据,用ELM进行学习和预测.采用基于自回归滑动平均的模拟风速数据和实测非平稳风压数据来验证算法的有效性和精确度,同时引入基于径向基核函数的最小二乘支持向量机(RBF-LSSVM)和ELM方法作为对比.试验结果表明,MEMD-ELM方法的预测结果误差更小,与真实值更为接近.MEMD的多变量同时分解可以保留数据间的相关性,从而在非平稳过程空间预测时达到更好的效果,是一种稳定而有效的多变量预测方法.     

基于ELM的蛋白质二级结构预测及其后处理

将ELM应用到蛋白质二级结构模型的训练中,在此基础上提出了基于概率的合并算法(probability-based combining,PBC),用该算法预测结果的合并.根据生物学中关于蛋白质二级结构的特征提出了预测结果的Helix-后处理(Helix-post-processing,HPP)算法,对合并后的预测结果进行有效的后处理,从而进一步提高预测结果的准确率.分别在CB513和RS126两个数据集上进行了实验,实验结果表明,预测结果的准确率是令人满意的,尤其是实现了训练时间上的显著缩短.     

集成RS和SVR的电力系统短期负荷预测方法

基于粗糙集(RS)理论和支持向量回归(SVR)方法,提出一种电力系统短期负荷预测方法.采用粗糙集理论对影响负荷预测的各因素进行约简,将约简后得到的最小条件属性集,以此确定输入样本的维数并构造训练样本,作为支持向量回归机的输入进行训练预测.在此基础上,利用已知历史负荷数据构造训练样本群,作为SVR的输入进行训练,采用训练完毕后的SVR模型进行负荷预测.实验结果表明,与神经网络方法和标准SVR方法相比,集成粗糙集和支持向量回归的负荷预测方法,可以在缩短训练时间的前提下获得较高的预测精度.