基于集合经验模态分解和随机森林的短时交通流预测

针对短时交通流数据具有非线性、不确定性等特点,提出一种基于集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)和随机森林(random forest,RF)的组合预测模型。首先,利用EEMD算法将原始交通流数据的区间平均速度序列分解为若干个本征模函数（intrinsic mode function,IMF）和一个残差分量（residual,RES),提取出交通流数据在不同时频的信息;接着,将第一个分量进行二次EEMD分解,细化交通流的随机信息;然后,将分解得到的各个分量分别使用RF进行预测,构建子模型;最后,将所有子模型的预测值线性求和,得到最终的预测结果。采用阿拉尔市某路段的实际交通流数据进行实验,结果表明,EEMD和RF的组合预测模型优于单一的RF模型,并且对IMF1进行二次EEMD分解可进一步提高组合预测模型的准确率。     

基于多种径流预测耦合模型的流域月径流预测优选研究

为了提高径流预测的准确性,以澄碧河流域坝首站1979-2019年共41 a的实测月径流序列为例,在优选Elman神经网络模型、支持向量机模型、BP单一预测模型的基础上,分别耦合经验模态分解(EMD)、集合经验模态分解(EEMD)和经验小波变换分解(EWT),选取纳什效率系数(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。结果表明：相对于Elman神经网络模型和SVM模型,BP模型的预测效果较好;耦合预测模型预测精度都优于单一模型。耦合模型中,EWT-BP的纳什效率系数为0.91,预报等级为甲级,预测精度优于EMD-BP和EEMD-BP。采用数据预处理技术生成平稳序列,可有效减少原序列存在非线性和不稳定性特征的影响,并有利于提高流域水文模型的径流预测能力。     

基于集合经验模态分解和差分进化算法优化BP神经网络的船舶交通流预测

针对船舶交通流时间序列的非线性和非平稳性特点,设计一种结合集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)和差分进化算法优化BP神经网络(back propagation neural network optimized with differential evolution algorithm,DEBPNN)的船舶交通流组合预测模型(EEMD-DEBPNN).首先,利用EEMD算法降低船舶交通流时间序列的非平稳性;然后,对EEMD分解后获得的各非线性分量采用DEBPNN模型(先采用DE算法对BPNN的初始权值和阈值进行预寻优,再利用预寻优获得的初始权值和阈值训练BP神经网络得到最优的权值和阈值)进行预测;最后,再将各分量预测值进行叠加即得到最终预测结果.基于长江某港口航道船舶月交通流数据,将该组合模型与BPNN、DEBPNN模型进行实例对比分析.结果表明,EEMD-DEBPNN较DEBPNN、BPNN模型的预测精度更高.     

基于EMD和Elman网络的人民币汇率时间序列预测

为了改进神经网络的预测性能,更精确地预测人民币汇率,提出一种新的汇率时间序列预测方法,即利用基于经验模态分解(EMD)的Elman网络进行预测.首先对人民币兑美元的汇率序列做了非线性检验和非平稳性检验,然后对该序列进行经验模态分解,将得到的固有模态函数作为神经网络的输入变量,并在确定神经网络的关键参数后进行预测.实证结果表明,利用基于EMD的Elman网络进行人民币汇率预测能够取得更好的效果.     

基于VMD-DE的混沌网络流量组合预测研究

文章针对网络流量时间序列的预测问题,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)-分散熵(dispersion entropy, DE)的多尺度组合预测方法。首先对流量样本数据进行混沌特性分析,使用改进的VMD-DE方法对流量数据分解重构,减少周期性流量序列预测的随机性和计算复杂度;然后采用改进鸡群优化算法(chicken swarm optimization, CSO)优化Elman神经网络与最小二乘支持向量机(least squares support vector machine, LSSVM)的多尺度模型,分别对重组后的高频、中频和低频序列进行预测;最后对各预测值求和。通过实际流量数据的仿真和对比实验,证明基于VMD-DE的混沌网络流量组合预测模型具有良好的适应性和预测效果。     

基于变分模态分解和AMPSO-SVM耦合模型的滑坡位移预测

滑坡是一种严重威胁危害居民生命财产安全的自然灾害,滑坡位移预测有助于预测滑坡等自然灾害.滑坡体监测数据的处理和预测模型的建立是滑坡位移预测的基础.针对当前时间序列分析中应用广泛的EMD、EEMD分解算法的缺陷,将具有严格数学理论支撑且分解个数可控的变分模态分解算法应用于位移时间序列分解,以获得滑坡位移子序列.将自适应变异粒子群优化算法(AMPSO)和支持向量机(SVM)相结合,构建AMPSO-SVM位移预测耦合模型.运用耦合模型对分解所得位移子序列分别进行预测,然后重构子序列预测结果得到总位移预测值.以三峡库区白水河滑坡XD1监测点为例,针对2007～2012年监测数据,设置不同情景以验证所提出预测模型的有效性及稳定性.实例分析表明,基于变分模态分解和AMPSO-SVM耦合模型对于滑坡位移的预测性能优于BP神经网络预测模型和网格搜索优化的SVM模型,在滑坡位移预测中有良好的理论基础及工程应用价值.     

基于二层分解技术和改进神经网络的河流溶解氧预测研究

针对河流溶解氧质量浓度序列的非线性和不稳定性导致的预测精度低的问题,提出二层分解技术和改进神经网络相融合的预测模型.首先,引入自适应噪声的完整集成经验模态分解对溶解氧时序数据进行分解,通过计算分解后各本征模函数（Intrinsic Mode Functions,IMF）的排列熵值以量化序列的复杂性,用变分模态分解对熵值较高的IMF进行二次分解,进一步削弱序列的非线性和不稳定性从而保证预测精度;其次,使用麻雀搜索算法优化神经网络的权值和阈值并对各分量进行预测;最后,将各分量预测结果重构后得到最终预测结果.实验结果表明,所提预测模型平均绝对误差为0.091,均方根误差为0.14,平均绝对百分比误差为0.96%,决定系数为0.948,优于其它预测模型.     

基于EEMD-SVR的渔业养殖水质预测模型

由于SVR在预测渔业养殖水质参数中存在的精度低问题,本文提出并采用基于集合经验模态分解法(Ensemble Empirical Model Decomposition,EEMD)、支持向量回归机(Support Vector Regression,SVR)的EEMD-SVR组合模型预测方法.首先用EEMD解法将水质数据分解为一系列相对平稳的IMF分量序列,去除噪声序列,然后采用网格搜索法优化SVR对去噪后的水质数据建立预测模型.利用EEMD-SVR预测模型对天津某渔业养殖池塘内溶解氧和pH值预测,并与无EEMD预测方法对比分析,证明该模型具有较好的预测效果,能够满足实际渔业养殖水质精细化管理需要.     

免疫遗传优化Elman神经网络的旋转机械故障诊断

针对旋转机械故障诊断过程中故障知识相互关联的过程难以用传统机器学习模型快速得到全面的典型故障数据,提出一种免疫遗传算法(immune genetic algorithm,IGA)优化Elman神经网络的故障诊断模型。首先对滚动轴承振动信号进行经验模式分解(empirical mode decomposition,EMD),得到多个内禀模态分量(intrinsic mode function,IMF),再提取表征状态特征的内禀模态分量能量构建特征向量输入到IGA优化的Elman神经网络进行故障模式辨识,IG     

基于EEMD与LSSVR的能源消费量多尺度预测——以广东省为例

由于能源消费内在的复杂性,传统的单尺度预测方法很难获得理想的预测效果.为提高能源消费量预测精度,提出了基于集合经验模态分解(EEMD)与最小二乘支持向量回归(LSSVR)的能源消费量多尺度预测模型.首先应用EEMD算法将能源消费量环比指数从高频到低频分解成若干结构更简单、变化更平稳、规律性更强、更易于预测的内在模态函数(IMF)和一个残差项;其次利用LSSVR对各IMF和残差项进行预测,并采用粒子群算法(PSO)选择最优的模型参数;然后将各分量的预测值直接加总求和重构出能源消费量环比指数的预测序列;最后通过逆环比化处理,获得原始能源消费量的最终预测值.利用该模型对1980-2013年广东省能源消费量进行实证分析,结果表明多尺度预测模型的确能够显著提高预测精度.     

基于互补集合经验模态分解-模糊熵-深度信念网络的短期风速预测

针对原始风速序列具有非线性、非平稳性和不可控性的问题,提出基于互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)-模糊熵(fuzzy entropy,FE)-深度信念网络(deep belief network,DBN)的短期风速预测模型。首先,利用CEEMD方法将原始风速序列分解为一系列不同尺度的本征模态分量(IMF)以降低其非平稳性;其次,利用模糊熵方法将多个IMF分量进行重组以避免分量数目过多给预测精度造成的影响;最后,利用深度信念网络其强大的深度特征提取能力和非线性映射学习能力的优点,分别对新的分量进行预测和叠加获得最终预测值。实验表明,较BP神经网络模型和DBN模型,组合模型提高了预测精度,具有可行性和有效性。     

基于变分模态分解和神经网络的风速组合预测

风速预测在风能开发和利用中起着关键作用,然而风速序列往往存在强波动性和非平稳性的特征。为了提高风速预测的精度,文章提出变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和神经网络相结合的风速组合预测模型。首先采用变分模态分解将风速序列分解为若干不同频率的子序列;其次计算各子序列的样本熵(sample entropy, SE)以量化复杂程度,引入熵值法建立神经网络组合预测模型,对复杂度较高的分量采用神经网络组合预测模型,其余分量采用支持向量机(support vector machine, SVM)模型进行预测;最后将各分量预测结果运用BP神经网络拟合得到最终预测值。针对北京测风塔实测样本进行建模预测,验证所提出预测模型的可行性,并与6种不同风速预测组合模型开展对比分析,证明所提出的预测模型具有更好的鲁棒性和预测精度。     

基于分解与集成的空气质量指数预测

为了能够准确地预测空气质量指数（AQI），建立了基于集合经验模态分解（EEMD）-样本熵（SE）的极限学习机（ELM）和门控循环单元（GRU）组合的AQI预测模型。首先利用EEMD算法对AQI数据进行分解，得到一组不同尺度的本征模态函数分量和残余分量；其次计算各分量SE值，根据各分量SE值将各分量重新组合成新的序列，并将新序列按其复杂程度经过GRU模型或ELM模型进行预测；最后将所有结果叠加得到AQI预测值。实验结果表明，与反向传播（Back Propagation,BP）神经网络模型、长短期记忆网络（Long Short-term Memory,LSTM）模型、ELM模型、GRU模型、EEMD-SE-ELM模型、EEMD-SE-GRU模型和EMD（经验模态分解）-SE-ELM-GRU模型相比，基于EEMD-SE-ELM-GRU的组合预测模型其预测误差最小，预测精度最高。     

变分模态分解多尺度组合模型TEC预测

针对电离层TEC数据特征,以及单个预测模型的不足,提出基于变分模态分解多尺度组合TEC预测模型。通过实验对比分析,多尺度组合模型的平均相对精度比单一ARMA模型,多尺度ARMA模型以及多尺度Elman神经网络模型分别提高了9%、2.2%、1.2%;而标准差分别减小了1.72TECU,0.18TECU,0.06TECU,并对比分析4种模型在磁暴时的预测精度,结果表明多尺度组合模型在强磁暴时的预测精度比其他3种模型高。     

基于CEEMD-BP模型的水文时间序列月径流预测

水文时间序列月径流预测在水资源的规划与管理方面具有重要的作用,由于径流序列的非线性和非平稳性,对其准确地进行预测较为困难. 本文基于1956—2013年青海湟水河流域月径流序列,将完备的集合经验模态分解方法（complete ensemble empirical mode decomposition, CEEMD）与BP神经网络组合进行月径流预测. 结果表明:组合模型CEEMD-BP和EEMD-BP相比于单一的BP神经网络,可以更好地保留原始数据的信息,预测效果更好,其中CEEMD-BP在组合模型中的预测精度更高,可用于水文时间序列月径流预测.      

基于最大相关波形延拓改进的EEMD方法

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)中出现的端点效应和模态混叠现象问题,提出了利用最大相关波形延拓改进聚合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法.利用最大相关波形法对原始信号的两端进行延拓,实现延拓数据在原信号边界处的平滑过渡,减小端点处包络线的拟合误差.针对EEMD中参数无法自动获取的问题,采用自适应EEMD对新信号进行分解,提高信号的分解精度.通过仿真分析和转子不平衡故障诊断实例研究表明,改进的EEMD方法不仅能够明显减少虚假模态分量、有效抑制模态混叠现象,而且较好地改善了端点效应引起的分解失真问题.同时与基于极值点对称延拓改进方法及基于镜像延拓改进方法相比,所提方法具有较高的分解精度.     

基于改进EEMD的卷积神经网络滚动轴承故障诊断

集合经验模态分解(EEMD,ensemble empirical mode decomposition)对信号进行分解,得到的模态函数(IMF,Intrinsic model function)在2端点存在严重的发散现象,如果将分解结果直接应用到故障诊断系统中,会导致诊断的准确率下降。首先将支持向量机(SVM,support vector machine)和EEMD算法结合进行信号分解,并利用仿真信号进行可靠性分析;其次对SVM(support rector machine)-EEMD分解的分量进行选择后再分解并构建能量向量,最后和卷积神经网络结合,构建滚动轴承故障诊断模型并通过实验验证。结果表明,改进EEMD算法可以有效缓解端点发散问题,构建的故障诊断模型提高了故障诊断精度。     

融合VMD和GRU模型的城市道路行程时间预测方法

城市道路交通环境复杂多变,城市道路行程时间具有较强的非线性与非稳定性,为提高城市道路行程时间的预测精度,提出了基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)与门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)相结合的组合预测模型。与传统分解算法相比,VMD拥有非递归求解和自主选择模态个数的优点。首先利用变分模态分解算法将原始行程时间序列分解为若干时间子序列,降低原始序列的非平稳性;然后对每个时间子序列建立GRU预测模型;最后将各个预测结果进行融合,得到行程时间序列预测的最终结果。实验结果表明,变分模态分解与门控循环单元结合的组合模型预测结果要比对照组的单一模型预测结果精准度高,均方根误差(root mean squared Error,RMSE)及下降约3.99～4.37,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)下降约3.02～3.35;在组合预测模型中,门控循环单元(GRU)预测效果要比长短期记忆(long short-term memory,LSTM)预测效果表现更佳,均方根误差(root mean squared error,RMSE)下降0.34,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)下降0.22。     

基于经验模态分解的煤矿设备温度预测

煤矿设备出现故障时,设备温度会迅速上升,表现出非线性和非平稳性的特点。为了较准确地预测温度异常,采用了基于经验模态分解（EMD）的神经网络方法对设备温度进行预测。该方法首先采用经验模态分解算法对设备温度时间序列进行分解,得到若干个平稳性较好的本征模态函数（IMF）分量和一个剩余量,然后分别对各分量及剩余量进行神经网络预测。仿真结果表明,基于EMD的神经网络预测方法比单一神经网络预测方法,预测精度更高,对于温度异常预测更有效。     

基于EMD与BP神经网络的中国股票指数期货价格预测

应用经验模态分解算法（EMD）和BP神经网络理论提出了我国股指期货市场价格走势预测模型。首先应用EMD分解算法把股指期货价格序列分解成不同尺度的内禀模态分量（IMF）,再通过重复试验的方法运用BP神经网络对股指期货价格序列和分解得到的所有IMF的数据序列进行训练,得到股指期货价格的预测模型,并对股指期货价格进行预测。实验表明,通过该方法得到的预测值与股指期货的实际价格有着很高的拟合度。