多种智能优化算法优化正则化极限机器学习机(RELM)的数据回归预测(第六期)

文摘   2024-11-15 17:48   湖南  
正则化极限学习机(RELM)通过引入正则化项来约束模型复杂度,从而提高模型的泛化能力。然而,优化RELM的最优权值(即隐藏层到输出层的权重)仍然是提升其性能的关键。通过多种智能优化算法来优化RELM的最优权值,可以显著提升其在数据回归预测任务中的性能。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. 正则化极限学习机简介

正则化极限学习机是基于随机初始化的单隐藏层前馈神经网络,通过在目标函数中加入正则化项来约束模型复杂度。在回归任务中,RELM旨在最小化预测误差和正则化项的组合。

2. 极限学习机的不足

参数敏感性:RELM的性能对隐藏层神经元数、激活函数和正则化系数的选择非常敏感。

权值优化复杂度:尽管引入了正则化,随机初始化权重仍可能影响模型的稳定性,需要进一步优化。

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

4.1 初始化

参数初始化:利用智能优化算法生成初始的隐藏层神经元数、激活函数类型和正则化系数。

权值初始化:初始化隐藏层到输出层的权值矩阵。

4.2 权值优化

权值寻优:在算法迭代过程中,智能算法调整权值矩阵,探索更大的权值空间,提高全局搜索能力。

目标函数:目标函数通常是预测误差和正则化项的组合,旨在最小化误差同时控制模型复杂度。

4.3 交叉验证

交叉验证:利用交叉验证评估不同权值配置的性能,选择验证误差最低的权值配置。

4.4 加速搜索与收敛

加速搜索与收敛:智能优化算法通过快速收敛特性提高权值优化速度。

5. 应用效果

  • 提升预测精度:智能优化算法可以找到更优的权值组合,显著提升RELM的预测精度。

  • 降低计算开销:相比于传统方法,智能优化算法可以大幅减少计算时间。

  • 增强泛化能力:优化后的权值选择使得RELM在复杂或高噪声数据集上表现更佳。

总结

结合多种智能优化算法优化正则化极限学习机的最优权值,可以显著提高模型在数据回归预测任务中的性能。通过智能优化算法,可以提升模型的拟合能力并降低计算复杂度,从而在实际应用中获得更好的精度和泛化能力。多种优化算法的应用,使得此类优化得到更快的收敛和更优的全局解。
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);
%% 参数设置inputnum = size(p_train, 1); % 输入层节点数hiddennum = 100; % 隐藏层节点数C = 0.001; % 正则化系数
%% 参数设置fun = @getObjValue; % 目标函数dim = inputnum * hiddennum + hiddennum; % 优化参数个数lb = -1 * ones(1, dim); % 优化参数目标下限ub = 1 * ones(1, dim); % 优化参数目标上限pop =10; % 麻雀数量Max_iteration = 100; % 最大迭代次数 addpath(genpath(pwd));%将算法文件夹添加到路径中index = 1; % 结果保存到 Optimal resultsaN_index=10;
下载链接:https://mbd.pub/o/bread/Z5aWmZhp
或点击阅读原文


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
 最新文章