多种智能优化算法优化RBF神经网络数据回归预测

文摘   2024-10-17 22:18   中国  

代码原理

1.RBF神经网络简介

RBF神经网络是一种前馈神经网络,常用于处理回归预测和分类问题。它的特点是使用径向基函数作为激活函数,构建非线性映射。RBF神经网络包含三层结构:输入层、隐含层和输出层。
输入层:接收输入数据。
隐含层:使用径向基函数来计算数据与中心点之间的距离,常用高斯函数作为径向基函数。
输出层:基于隐含层的输出,生成最终的预测结果。

RBF网络的工作流程

隐含层计算:对于输入数据,计算它与每个RBF中心的距离,并通过径向基函数输出相应的激活值。
权重计算:通过连接权重矩阵,将隐含层的激活值映射到输出层,产生预测结果。
误差计算与调整:通过目标输出与预测输出的误差,调整网络的参数(例如隐含层的中心、宽度和权重),以最小化误差。

2. RBF神经网络的不足

尽管RBF网络在处理非线性问题时有较好的表现,但也存在一些局限性:
初始化敏感:RBF网络的中心和宽度等参数通常通过随机初始化,可能导致模型陷入局部最优解。
网络复杂性:随着数据集的增加,RBF网络的规模和计算复杂度会急剧增加,影响其收敛速度。
泛化能力不足:RBF网络在处理复杂数据时,容易出现过拟合。

3.本代码包括的多种智能优化算法

为了改善RBF神经网络的性能,常常结合智能优化算法来改进参数的选择和训练过程。本代码中包括了以下智能优化算法来优化RBF网络:
为解决这些问题,研究者常常结合智能优化算法,本代码包括遗传算法(GA)、天鹰优化算法(AO)等十来种智能优化算法优化BP神经网络,这些算法可以通过以下方式提高BP神经网络的性能:
(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RBF神经网络的过程

权重初始化优化:智能优化算法可以为RBF网络的权重、RBF中心及宽度参数进行优化初始化,避免陷入局部最优。
加速收敛:通过动态调整学习率和其他超参数,智能优化算法可以提高训练效率,加速收敛过程。
增强全局搜索能力:智能优化算法可以在更大的搜索空间内进行参数寻优,增强RBF网络的全局搜索能力,提升预测精度和模型泛化能力。

5. 应用效果

通过将智能优化算法与RBF神经网络结合,通常能够显著改善其在回归预测任务中的表现,包括:
提高训练效率:智能优化算法可以大幅减少训练时间,加快网络的收敛速度。
提高预测精度:由于更优的参数选择,RBF网络在回归任务中的预测精度也显著提升。
增强泛化能力:智能优化算法的全局搜索能力有助于RBF网络在复杂数据集上取得更好的泛化效果。

总结

通过智能优化算法优化RBF神经网络,可以有效改善其训练效率和预测精度,提升模型在非线性回归问题上的应用效果。综合使用多种智能算法,可以使RBF网络获得更快的收敛速度和更好的全局最优解。

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
%% 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);
%% 数据转置P_train = P_train'; P_test = P_test';T_train = T_train'; T_test = T_test';

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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