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);