基于ELM-Adaboost的数据回归预测

文摘   2024-07-28 22:15   湖南  



代码原理

ELM-Adaboost模型结合了极限学习机(Extreme Learning Machine, ELM)和自适应增强算法(Adaboost),用于数据回归预测。以下是该模型的简单原理及流程:

1.原理

(1)ELM(极限学习机):

  • ELM是一种前馈神经网络,通常只有一个隐层,且隐层参数随机初始化。

  • 隐层参数不需要调整,通过最小化输出层的误差来训练模型,训练速度非常快。

  • ELM适合处理大规模数据,可以进行高效的回归和分类任务。

(2)Adaboost(自适应增强算法):

  • Adaboost是一种集成学习方法,通过组合多个弱学习器来提升模型的整体性能。

  • 每个弱学习器的权重根据其预测误差进行调整,误差大的样本在后续学习器中被赋予更高的权重。

  • 通过迭代不断更新学习器的权重,使得模型对训练数据的拟合越来越好。

2.流程

(1)数据预处理:

  • 收集并清洗数据,将数据标准化或归一化,以便于模型处理。

  • 分割数据集,形成训练集和测试集。

(2)训练初始ELM模型:

  • 将训练数据输入到多个ELM模型中,每个ELM模型作为一个弱学习器。

  • ELM模型通过随机初始化隐层参数,快速训练并进行初始预测。

(3)应用Adaboost进行组合:

  • Adaboost算法结合多个ELM模型的预测结果,形成一个加权的回归模型。

  • 初始时,所有弱学习器的权重相等。

  • 根据每个弱学习器的预测误差,调整其权重。误差较大的样本在后续学习器中被赋予更高的权重。

  • 通过多轮迭代,逐步更新弱学习器的权重和组合策略,提升模型的整体预测精度。

(4)模型评估与优化:

  • 使用测试集评估模型性能,计算误差指标(如均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)等)。

  • 根据评估结果,调整模型参数或架构,进一步优化模型性能。

3.优点

  • 训练速度快:ELM的训练过程非常快速,适合处理大规模数据集。

  • 集成学习优势:Adaboost通过组合多个弱学习器,提高了模型的鲁棒性和预测准确性。

  • 实现简单:ELM和Adaboost的实现相对简单,适合快速开发和应用。

4.缺点

  • 随机性较大:ELM依赖于随机初始化隐层参数,不同的初始化可能导致结果差异较大。

  • 弱学习器性能有限:单个ELM模型的性能可能有限,需要依赖Adaboost的组合策略来提升整体性能。

5.总结

  • ELM-Adaboost模型结合了ELM的快速训练能力和Adaboost的集成学习优势,能够在较短时间内获得较高的回归预测精度。通过合理的参数调整和组合策略,可以有效应对数据的复杂性和多样性,提升预测模型的鲁棒性和准确性。

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  %% 导入数据data =  readmatrix('回归数据集.xlsx');data = data(:,1:14);res=data(randperm(size(data,1)),:);    %此行代码用于打乱原始样本,使训练集测试集随机被抽取,有助于更新预测结果。num_samples = size(res,1);   %样本个数% 训练集和测试集划分outdim = 1;                                  % 最后一列为输出num_size = 0.7;                              % 训练集占数据集比例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);%% Adaboost增强学习部分% 样本权重[mm,nn]=size(P_train);D(1,:)=ones(1,nn)/nn;K=10;for i=1:K    % ELM创建    [IW,B,LW,TF,TYPE] = elmtrain(p_train,t_train,80,'sig',0);      %弱预测器训练    t_sim1 = elmpredict(p_train,IW,B,LW,TF,TYPE);    % 反归一化    T_sim1 = mapminmax('reverse',t_sim1,ps_output);        %预测误差    erroryc(i,:)=T_train-T_sim1;    %测试数据预测    t_sim2 = elmpredict(p_test,IW,B,LW,TF,TYPE);    test_simu(i,:)=mapminmax('reverse',t_sim2,ps_output);% 各个弱预测器预测结果        %调整D值    Error(i)=0;    for j=1:nn        if abs(erroryc(i,j))>0.2  %较大误差            Error(i)=Error(i)+D(i,j);            D(i+1,j)=D(i,j)*1.1;        else            D(i+1,j)=D(i,j);        end    end        %计算弱预测器权重    at(i)=0.5/exp(abs(Error(i)));        %D值归一化    D(i+1,:)=D(i+1,:)/sum(D(i+1,:));end%% 强预测器预测at=at/sum(at);

代码效果图








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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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