多种智能优化算法优化随机森林(RF)的数据回归预测(第三期)

文摘   2024-10-19 18:48   湖南  

代码原理

基于多种智能优化算法优化随机森林(RF)的决策树数目和最小叶子数的数据回归预测,旨在通过智能优化技术来改进随机森林模型的参数选择,以提高其在回归预测任务中的性能。以下是该过程的基本原理和代码结构。

1. 随机森林简介

随机森林是一种集成学习模型,通过构建多个决策树并汇总它们的结果来进行预测。它广泛用于回归和分类任务,具有良好的鲁棒性和处理高维数据的能力。随机森林的关键超参数包括决策树的数目和每棵树的最小叶子样本数。

(1)决策树数目:树的数量可以控制模型的复杂性和性能。
(2)最小叶子样本数:控制树的深度,从而影响模型的平滑度和过拟合程度。

2. 随机森林的不足

尽管随机森林在众多任务上表现出色,但其性能对超参数选择仍然敏感:

计算复杂度:随着树的数量增加,计算需求也相应增加。

参数选择复杂:选择恰当的决策树数目和最小叶子数目是个挑战。

训练时间长:在大规模数据集上,训练时间可能较长。

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:
鲸鱼优化算法(The Whale Optimization Algorithm ,WOA)
斑马优化算法(Zebra Optimization Algorithm,ZOA)
灰狼优化算法(Grey Wolf Optimizer ,GWO)
蜜獾优化算法(Honey Badger Algorithm,HBA)
改进的AO算法(IAO)
飞蛾扑火优化算法(Moth-flame optimization algorithm,MFO)
海洋掠食者算法(Marine Predators Algorithm,MPA)
北苍鹰优化算法(NGO)
鱼鹰优化算法(Osprey optimization algorithm,OOA)

4. 优化随机森林的过程

通过智能优化算法来自动选择和调整参数,提升随机森林的效果:

参数初始化:使用智能优化算法为随机森林的超参数进行初始化,避免低效的随机搜索。

局部优化与全局搜索:智能优化算法能够平衡局部优化和全局搜索,寻找最佳参数组合。

加速收敛:动态调整算法参数,加速搜索过程,提高模型收敛速度。

5. 应用效果

通过将智能优化算法与随机森林结合,可以显著改善模型性能,包括:
更高的预测精度:自动优化参数能显著提高模型在回归任务中的预测精度。
减少训练时间:使用优化算法可以减少模型训练的时间和资源消耗。
增强泛化能力:优化后的模型能更好地应对复杂的数据集,降低过拟合风险。

6.总结

通过智能优化算法优化随机森林的决策树数目和最小叶子数,可以有效地提高其在回归预测任务中的效率和精度。这些算法不但加快了训练,提升了模型性能,还增强了其对复杂数据集的泛化能力。结合多种优化算法,可以为随机森林模型找到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);
%% 数据转置p_train = p_train'; p_test = p_test';t_train = t_train'; t_test = t_test';
%% 训练模型trees = 100; % 决策树数目leaf = 5; % 最小叶子数OOBPrediction = 'on'; % 打开误差图OOBPredictorImportance = 'on'; % 计算特征重要性Method = 'regression'; % 分类还是回归net = TreeBagger(trees, p_train, t_train, 'OOBPredictorImportance', OOBPredictorImportance,... 'Method', Method, 'OOBPrediction', OOBPrediction, 'minleaf', leaf);importance = net.OOBPermutedPredictorDeltaError;  % 重要性
下载链接:https://mbd.pub/o/bread/mbd-Zp2ZmZ1r
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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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