3篇顶刊的创新点?1个程序就能搞定?你没听过的DarkNet+马尔可夫场+迁移学习+多策略改进麻雀优化!小白都能学会故障识别程序

文摘   教育   2024-12-14 09:07   江苏  

适用平台:Matlab2023及以上

参考文献一:哈尔滨工业大学博士论文《面向低亮度抓取目标的机器人视觉定位方法研究》

参考文献二:中文顶级EI期刊《电网技术》文献:基于马尔可夫转换场与多头注意力机制的电能质量扰动分类方法》具体创新点大家可以点击查看,此处不再赘述。

参考文献三:中文顶级EI期刊《中国电机工程学报》文献:基于麻雀算法和深度极限学习机的NOx预测研究》中的麻雀搜索法

Science Technology



往期推文介绍可知,预训模型+迁移学习的写作模式是当前发文的主流。本程序结合上述3篇文献,并对其进行多重改进创新!!!提出基于MTF-TLSSA-DarkNet-GRU-MSA迁移学习故障识别程序,改进点超多!创新点十足!足够支撑一篇高水平学术论文

  • 故障识别模型采用目标检测算法中的DarkNet19模型+迁移学习作为故障识别模型框架,在此基础上进行改进,增加GRU多头自注意力机制Multihead Self-Attention,MSA提高模型的特征抓取能力;

  • 数据预处理方面参考文献二,利用马尔可夫场将一维波形转化为图像;

  • 针对DarkNet19-GRU-MSA模型中的超参数,采用适应t分莱维飞行改进的麻雀搜索法进行优化TLSSA,即提出MTF-TLSSA-DarkNet-GRU-MSA故障识别模型。

改进麻雀搜索法优化+改进DarkNet19+GRU+多头注意力机制+迁移学习故障识别程序: MTF-TLSSA-DarkNet-GRU-MSA迁移学习故障识别程序,

文献一解读

文献一工作解读:文献第四章对目前的目标检测YOLO模型进行对比,发现YOLO v2 网络既有较高的检测准确率,同时又兼顾了检测速度。

YOLOv2就是由 19 个卷积层、5 个最大池化层、1 个平均 池化层和归一化指数函数输出层组成的 DarkNet19模型,兼顾运算速度和精度,同样适用在故障识别领域,在故障识别领域目前还没人这么做!

  • 稀疏连接:DarkNet19 网络的卷积层中,各神经元间的连接方式采用的是稀疏连接,这种连接方式不仅能使网络参数量大幅度降低,而且可以避免网络在对图像进行处理的过程中发生过拟合现象。

  • 权值共享:DarkNet19网络还利用卷积神经网络的权值共享特点,在卷积操作中减少了大量不必要的网络参数运算,从而有效提升了卷积层的计算效率。

  • 加速收敛:DarkNet19网络的卷积层的最大特点是在卷积操作后,采用了“批量标准化”来提高模型在训练过程中的稳定性,并加速收敛。“批量标准化”的采用,使得网络可以用更大的学习率进行更稳定的梯度传播,同时,网络的泛化能力也得到了提高。

文献二解读

文献二创新点:这篇文献的创新点在于马尔可夫场(MTF)与卷积神经网络(CNN)相结合,融入多头注意力机制,实现故障分类。MTF将一维信号转换为二维特征图,而CNN可以对这些特征图进行自适应的特征提取和分类,融合多头注意力机制有效把握提取特征的贡献程度,实现了故障的准确分类。

文献三解读

文献三解读:将麻雀优化算法应用于深度极限学习机中,对其参数进行寻优,避免人工选定参数带来的误差,本文在此SSA麻雀搜索法基础上进行改进,提出基于t分布和莱维飞行改进的麻雀搜索法TLSSA,对MTF-DarkNet-GRU-MSA迁移学习故障识别模型进行超参数优化
结合文献一的改进DarkNet19模型和文献二的MTF马尔可夫场模型,和文献三的SSA优化算法,提出基于改进麻雀优化算法、马尔可夫场(MTF)和改进DarkNet19结合GRU多头注意力机制迁移学习故障识别程序:MTF-TLSSA-DarkNet-GRU-MSA迁移学习故障识别程序创新点十足,足够支撑一篇高水平学术论文,毕业设计等简单任务更是信手拈来

MTF-TLSSA-DarkNet-GRU-MSA迁移学习故障识别程序

  • 仅需原始故障波形数据,即可根据波形数据,将一维序列转化为二维马尔可夫场图像。
  • 使用预训练的DarkNet19模型作为起点,利用新的故障识别数据集上进行模型微调。针对不同的研究课题,故障类别也不相同,因此需要对预训练的DarkNet19模型冻结一部可用的层。
  • 对其输出层进行改进,增加门控循环单元网络GRU和多头自注意力机制MSA层,重新训练这些层以适应新的分类任务,本文模型结构如下图所示。

7大创新点:

1、时序图像化:将一维时序信号转化为二维图像,从而更全面地描述数据的特征。这有助于提取更丰富、更有区别性的特征,从而提高分类和识别的准确性。
2迁移学习:充分利用在大规模数据集上预训练的DarkNet19模型,站在巨人的肩膀上集百家之所长,通过迁移学习,在故障识别任务上进行模型微调,具有较强的特征提取能力。
3训练时间少:DarkNet19着重训练模型微调部分的权重,保持较低的计算复杂度,有利于在实时场景中应用。
4、多头自注意力机制:融合多头注意力机制MSA有效把握提取特征的贡献程度,将特征进行重点强化,提高故障识别的准确率。
5、超参数优化:改进麻雀优化算法TLSSA对模型中的难以确定的学习率、GRU层神经元个数等参数进行寻优,使得模型的结构更加合理,提高了故障识别精度
6、优化算法改进自适应t分布和动态选择策略,采用以迭代次数为t分布的自由度参数的t分布变异算子对麻雀位置进行扰动,使得算法在迭代前期具有较好的全局开发能力,在迭代后期具有良好的局部探索能力,并提高算法的收敛速度

7、Levy飞行策略本:文将Levy飞行应用于麻雀的位置更新中,在算法进行更新后再进行一次Levy飞行更新个体位置,可以实现跳出局部最优解,扩大搜索能力的效果。

适用领域:适用于各种数据分类场景,如滚动轴承故障、变压器油气故障、电力系统输电线路故障区域、绝缘子、配网、电能质量扰动,等领域的识别、诊断和分类。
直接替换数据就可以,使用Excel表格直接导入,不需要对程序大幅修改。程序内有详细注释,便于理解程序运行。
数据格式:一行一个样本,最后一列为样本所属的故障类型标签
程序结果:(由上述一维序列自动转化为马尔科夫MTF图像)
程序结果:

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