多种智能优化算法优化极限学习机(ELM)数据回归预测(第五期)

文摘   2024-10-31 17:28   北京  
极限学习机(ELM)是一种快速高效的单隐藏层前馈神经网络,广泛用于分类和回归任务。虽然ELM具有简单、快速训练的特点,但其性能高度依赖于模型参数的选择。通过智能优化算法可以显著提升ELM用于数据回归预测的效率和精度。以下是相关过程的基本原理和示例说明。

代码原理及流程

1. ELM简单介绍

ELM结构包括一个输入层、一个隐藏层和一个输出层。它的主要优点在于隐含层的神经元参数是随机生成的,而对应的输出层权重则是通过线性方程组解得。

关键步骤包括:

(1) 随机生成隐藏层参数,如权重和偏置。

(2) 计算隐藏层输出

(3) 线性求解输出层权重,使得输出误差最小。

2. ELM的不足

虽然ELM具有快速训练优势,但其准确性和稳定性对隐藏层的参数十分敏感:

(1) 随机初始化的局限性:性能不稳定,容易陷入局部最优。

(2) 参数选择不当:导致泛化能力不足。

3. 多种智能优化算法

采用智能优化算法来找到最佳SVM参数,有效提升模型性能。常用的优化算法包括:

(1)灰狼优化器(Grey Wolf Optimizer ,GWO) 

(2)蜜獾优化算法(Honey Badger Algorithm,HBA)

(3)改进的AO算法(IAO)

(4)基于领导者优化的哈里斯鹰优化算法(LHHO)

(5)飞蛾扑火优化算法(Moth-flame optimization algorithm,MFO)

(6)海洋掠食者算法(Marine Predators Algorithm,MPA) 

(7)北苍鹰优化算法(NGO)

(8)鱼鹰优化算法(Osprey optimization algorithm,OOA) 

(9)鲸鱼优化算法(The Whale Optimization Algorithm ,WOA)

(10)斑马优化算法(Zebra Optimization Algorithm,ZOA) 

4. 优化ELM的过程

(1) 参数表示与编码:将ELM的隐藏层参数(如权重和偏置)表示为优化算法中的个体。

(2) 适应度函数定义:使用ELM模型在验证集上的误差(如均方误差)作为优化算法的适应度函数,指导参数的优化。

(3) 优化过程

① 使用智能优化算法对个体进行迭代优化,更新模型的隐藏层参数。

② 通过评估适应度函数,选择最优参数。

(4)模型重建与验证:利用优化后的参数重建ELM模型,并在测试集上验证性能。

5. 应用效果

  • 提升预测精度:智能优化算法可以显著提高ELM的预测精度。

  • 提高模型稳定性:优化算法能够减少由于随机初始化引起的不稳定性。

  • 增强泛化能力:优化后的模型对未知数据有更好的泛化效果。

总结

通过结合智能优化算法,ELM神经网络可以更好地进行参数选择,提高其回归预测能力。这些算法不仅加速了参数收敛,还提升了模型的精确度和在不同数据集上的泛化能力。利用多种优化技术提供的全局搜索能力,能有效地改善ELM的整体性能。
代码效果图

部分代码


%%  清空环境变量warning off             % 关闭报警信息close all               % 关闭开启的图窗clear                   % 清空变量clc                     % 清空命令行
%% 2.导入数据res = xlsread('回归数据集.xlsx');
%% 数据分析num_size = 0.7; % 训练集占数据集比例outdim = 1; % 最后一列为输出num_samples = size(res, 1); % 样本个数res = res(randperm(num_samples), :); % 打乱数据集(不希望打乱时,注释该行)num_train_s = round(num_size * num_samples); % 训练集样本个数f_ = size(res, 2) - outdim; % 输入特征维度
%% 划分训练集和测试集P_train = res(1: num_train_s, 1: f_)';T_train = res(1: num_train_s, f_ + 1: end)';M = size(P_train, 2);
P_test = res(num_train_s + 1: end, 1: f_)';T_test = res(num_train_s + 1: end, f_ + 1: end)';N = size(P_test, 2);
%% 数据归一化[p_train, ps_input] = mapminmax(P_train, 0, 1);p_test = mapminmax('apply', P_test, ps_input);
[t_train, ps_output] = mapminmax(T_train, 0, 1);t_test = mapminmax('apply', T_test, ps_output);
下载链接:https://mbd.pub/o/bread/mbd-Zp6ZlJ9r
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MATLAB科研小白
信号处理方向在校博士研究生,目前专研于MATLAB算法及科学绘图等,熟知各种信号分解算法、神经网络时序预测算法、数据拟合算法以及滤波算法。提供一个可以相互学习相互进步的平台
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