多种智能优化算法优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的数据回归预测(第八期)

文摘   2024-11-17 08:30   湖南  
最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine, LSSVM)是一种改进的支持向量机(SVM)方法,通过将SVM中的不等式约束转化为等式约束,使得求解过程更加简便。LSSVM广泛应用于回归和分类任务,但在参数选择上依然很敏感。通过引入多种智能优化算法来优化LSSVM的参数,可以显著提高模型的预测性能和稳定性。以下是该过程的基本原理和示例说明。

代码原理及流程

1. 最小二乘支持向量机简介

LSSVM是一种基于SVM的回归模型,通过最小化一个线性方程组的解来确定模型参数。其关键参数包括:

惩罚系数C:控制模型的训练误差和复杂度之间的平衡。

核参数γ:对于RBF核,控制数据在高维空间中的映射。

2. 最小二乘支持向量机的不足

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:

参数敏感性:LSSVM的性能对惩罚系数C和核参数γ的选择非常敏感。

初始参数选择:随机初始化可能导致模型陷入局部最优解。

计算复杂度:在大规模数据集上,计算时间和内存需求较高。

3. 多种智能优化算法

利用智能优化算法来优化LSSVM的参数,可以有效提高模型的性能。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LSSVM的过程

参数表示与编码:将LSSVM的惩罚系数C和核参数γ表示为优化算法中的个体或粒子。

适应度函数定义:使用LSSVM在验证集上的预测误差(如均方误差MSE)作为优化算法的适应度函数,目标是最小化该误差。

初始化种群:生成初始种群,每个个体代表一组C和γ参数。

5. 应用效果

  • 提高预测精度:通过优化参数,可以显著降低预测误差,提高模型的预测精度。

  • 加速收敛:智能优化算法能够快速找到最佳参数组合,减少模型训练时间。

  • 增强泛化能力:优化后的模型对新的、未知的数据有更好的泛化效果,降低了过拟合的风险。

总结

通过结合多种智能优化算法来优化LSSVM的惩罚系数C和核参数γ,可以显著提高LSSVM在回归预测任务中的性能。这些算法不仅能够加速参数的收敛过程,还能提高模型的准确性和稳定性,使LSSVM在处理复杂数据时更加高效和可靠。综合使用多种优化算法,可以使LSSVM模型获得更优的全局解决方案。
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
%% 添加路径addpath(genpath(pwd));%将算法文件夹添加到路径中%% 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);
%% 转置以适应模型p_train = p_train'; p_test = p_test';t_train = t_train'; t_test = t_test';
下载链接:https://mbd.pub/o/bread/Z5aXkppx
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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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