自适应混沌粒子群算法对极限学习机参数的优化

针对极限学习机（ELM）在处理非线性数据时效果不理想,并且ELM的参数随机化不利于模型泛化的特点,提出了一种改进的极限学习机算法。结合自适应混沌粒子群（ACPSO）算法对ELM的参数进行优化,以增强算法的稳定性,提高ELM对基因表达数据分类的精度。在UCI基因数据集上进行仿真实验,实验结果表明,与探测粒子群-极限学习机（DPSO-ELM）、粒子群-极限学习机（PSO-ELM）等算法相比,自适应混沌粒子群-极限学习机（ACPSO-ELM）算法具有较好的稳定性、可靠性,且能有效提高基因分类精度。     

基于近似结构风险的ELM隐层节点数优化

隐层节点数是影响极端学习机(ELM)泛化性能的关键参数,针对传统的ELM隐层节点数确定算法中优化过程复杂、容易过学习或陷入局部最优的问题,提出结构风险最小化-极端学习机(SRM-ELM)算法。通过分析VC维与隐层节点数量之间的关联,对VC信任函数进行近似改进,使其为凹函数,并结合经验风险重构近似的SRM。在此基础上,将粒子群优化的位置值直接作为ELM的隐层节点数,利用粒子群算法最小化结构风险函数获得极端学习机的隐层节点数,作为最优节点数。使用6组UCI数据和胶囊缺陷数据进行仿真验证,结果表明,该算法能获得极端学习机的最优节点数,并具有更好的泛化能力。     

基于结合混沌纵横交叉的粒子群算法优化极限学习机的短期负荷预测

为了解决传统的单一负荷预测模型精度低以及常规智能算法在解决高维、多模复杂问题时容易陷入局部最优的问题,提出了一种结合混沌纵横交叉的粒子群算法（CC-PSO）优化极限学习机(ELM)的短期负荷预测模型。ELM的泛化能力与其输入权值和隐含层偏置密切相关,采用结合混沌纵横交叉的粒子群算法优化ELM的输入权值与隐含层偏置,提高了ELM的泛化能力和预测精度。选择广东某地区实际电网负荷数据进行分析,研究结果表明,相对于BP神经网络和支持向量机,ELM具有更高的泛化能力和预测精度;CC-PSO相对于粒子群和遗传算法具有更高的全局搜索能力,CC-PSO-ELM模型具有较高的负荷预测精度。     

基于改进极限学习机的MBR仿真预测研究

研究MBR膜通量,进行膜污染预测,是当今污水处理研究领域的重要课题之一。为了有效,准确地预测MBR膜通量,提出一种改进的极限学习机(PSO-ELM)预测模型。极限学习机(ELM)能够有效地克服反向传播(BP)算法的缺陷,并能以极快的速度获得很好的泛化性能。由于随机给定输入权值和隐层阈值,ELM通常需要较多隐含层节点才能达到理想精度。利用粒子群算法(PSO)对极限学习机(ELM)的权值和阈值进行优化,建立PSO-ELM预测模型,将提取的主成分作为该模型的输入,膜通量作为模型输出。研究结果表明,该模型对MBR膜通量预测具有较好的泛化能力和更高的预测精度。     

基于PSO-ELM算法的三维激光点云处理研究

为找出用于三维激光点云数据的处理方法,本文基于无人机装载激光扫描仪技术,以粒子群算法优化极限学习机(ELM)算法(PSO-ELM),得出最新算法处理点云数据,并与ELM模型计算结果对比,结果表明:PSO-ELM模型最优隐含层个数为50,在此情况下模型精度最高;PSO-ELM算法的处理效果明显更好,其生成的DEM和地形数据可清晰反映研究区域实际地形,证明了该算法的科学性。     

磷酸铁锂电池的SOC预测

电池荷电状态(SOC)准确预测是电池管理系统的关键任务.针对过去电池SOC预测精度低等问题,提出了一种采用极限学习机神经网络(ELM)的预测模型,以电池电压和电流作为模型的输入量,SOC作为输出量.在建模过程中,采用粒子群优化算法(PSO)对ELM随机给定的输入权值矩阵和隐层阈值进行寻优,降低了随机性给模型造成的影响,提高了模型预测精度.利用实验采集的数据进行模型训练和预测,结果表明,用粒子群算法优化后的极限学习机模型(PSOELM)与单纯的ELM以及传统的BP和SVM相比,具有更高的预测精度和泛化性能.为磷酸铁锂电池的SOC预测提供了一种新的方法.     

基于ELM和FOA的股票价格预测

针对股票价格预测中应用极限学习机预测存在稳定性不理想的问题,提出了一种改进果蝇优化极限学习机（IFOA-ELM）预测模型的算法。在该算法中,果蝇群通过不断调整群半径来优化ELM的输入层与隐含层连接权值和隐含层阈值,并以优化后的结果为基础,构建ELM预测模型。将IFOA-ELM模型用于股票价格预测。实验表明,与ELM和FOA-ELM相比,IFOA-ELM在股票价格预测中具有更高的预测精度和更好的稳定性。     

基于隐特征空间的极限学习机模型选择

针对极限学习机（ELM）中冗余的隐神经元会削弱模型泛化能力的缺点,提出了一种基于隐特征空间的ELM模型选择算法。首先,为了寻找合适的ELM隐层,在ELM中添加正则项,该项为现有隐层空间到低维隐特征空间的映射函数矩阵的Frobenius范数;其次,为解决该非凸问题,采用交替优化的策略,并通过凸二次型优化学习该隐空间;最终自适应得到最优映射函数和ELM模型。分别采用UCI标准数据集和载荷识别工程数据对所提算法进行测试,结果表明,与经典ELM相比,该算法可有效提高预测精度和数值稳定性,与现有模型选择算法相比,该算法预测精度相当,但运行时间则大幅降低。     

基于AdaBoost-PSO-ELM算法的滑坡位移预测研究

矿山排土场滑坡的过程是一个动态、大延迟、高度非线性的特性问题,影响矿山排土场滑坡的因素众多,各个特性指标间相互影响,关于排土场滑坡预警并没有严格的划分标准。对此,提出一种自适应提升算法(Adaptive Boosting, AdaBoost)、改进的粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)和极限学习机(Extreme Learning Ma chine, ELM)相结合的矿山排土场滑坡短期预测方法。该方法首先利用粒子群优化算法得出ELM模型的最佳输入参数,再通过自适应提升算法将得到的多个极限学习机弱预测器组成新的强预测器并进行预测,最后以某矿山排土场采集的数据为算例,结果表明改进的组合方法的预测精度明显优于由粒子群优化算法优化参数的极限学习机模型和单独的极限学习机模型的预测精度,其预测结果接近于真实值,为实现矿山排土场滑坡预警提供了可能。     

基于RM-MPSO-ELM的变压器故障自动化诊断技术

为提高变压器故障诊断准确性，提出一种基于改进粒子群极限学习机算法（RM-MPSO-ELM）的变压器故障自动化诊断技术。利用一系列采集工具和气相色谱仪获取变压器故障样本数据，应用主成分分析法对变压器故障样本数据进行突出特征指标选取，降低数据维数，最后利用改进粒子群求取极限学习机中两个最优初始输入权值和隐层阈值，并利用优化的极限学习机实现变压器故障自动化诊断。应用所研究诊断技术后，变压器平均故障诊断准确率达到95.18%，应用效果良好。     

改进鱼群算法优化的ELM在乳腺肿瘤辅助诊断中的应用研究

针对传统极限学习机的输入权值矩阵和隐含层偏差是随机给定进而可能会导致在乳腺肿瘤的辅助诊断应用研究中存在精度明显不足的情况,提出用改进鱼群算法优化ELM方法。在完成对乳腺肿瘤有效的辅助诊断的过程中,本研究工作充分利用ELM能快速地完成训练过程且具有很好的泛化能力的特点,并结合用改进鱼群算法对ELM的隐含层偏差进行优化,构造出了乳腺肿瘤与从乳腺肿瘤样本数据中提取的10个特征向量之间的非线性映射关系。将本文提出的乳腺肿瘤识别方法的仿真结果与AFSA-ELM方法、ELM方法、LVQ方法、BP方法的仿真结果分别从识别准确率、假阴性率、学习速度三个方面做对比分析,仿真结果表明,本文所提方法对乳腺肿瘤诊断具有较高的分类识别准确率、假阴性率以及较快的学习速率。     

An integrated PSO for parameter determination and feature selection of ELM and its application in classification of power system disturbances

This paper presents a performance enhancement scheme for the recently developed extreme learning machine (ELM) for classifying power system disturbances using particle swarm optimization (PSO). Learning time is an important factor while designing any computational intelligent algorithms for classifications. ELM is a single hidden layer neural network with good generalization capabilities and extremely fast learning capacity. In ELM, the input weights are chosen randomly and the output weights are calculated analytically. However, ELM may need higher number of hidden neurons due to the random determination of the input weights and hidden biases. One of the advantages of ELM over other methods is that the parameter that the user must properly adjust is the number of hidden nodes only. But the optimal selection of its parameter can improve its performance. In this paper, a hybrid optimization mechanism is proposed which combines the discrete-valued PSO with the continuous-valued PSO to optimize the input feature subset selection and the number of hidden nodes to enhance the performance of ELM. The experimental results showed the proposed algorithm is faster and more accurate in discriminating power system disturbances.     

基于PSO-ELM算法的红外目标模拟器校准数据拟合方法研究

提高红外目标模拟器校准数据的拟合精度,对于红外目标的辐射照度等辐射特性的测量有着重要意义;针对校准数据具有很强的非线性,传统的拟合算法精度不高的问题,引入一种基于粒子群算法优化的极限学习机算法（PSO-ELM）,以标准黑体辐射温度作为输入因子,以MCT探测器实际测量出的辐射照度作为输出因子,建立PSO-ELM模型,利用粒子群算法（PSO）对连接隐藏神经元和输入层的权值和隐藏神经元阈值进行优化,拟合出输入参数和输出参数之间的非线性关系;这两个参数的优化提高了极限学习机算法（ELM）的性能,该方法的主要优点是具有较强的容错性、较好的对复杂非线性数据处理性能和ELM算法参数设置上的优化机制;通过与GA-ELM模型、ELM模型进行对,验证了与传统数据拟合方法相比,基于PSO-ELM的方法拟合精度有了很大提高,为红外目标模拟器校准数据拟合提供了新的方法。     

Performance enhancement of extreme learning machine for power system disturbances classification

This paper proposes an optimal feature and parameter selection approach for extreme learning machine (ELM) for classifying power system disturbances. The relevant features of non-stationary time series data from power disturbances are extracted using a multiresolution S-transform which can be treated either as a phase corrected wavelet transform or a variable window short-time Fourier transform. After extracting the relevant features from the time series data, an integrated PSO and ELM architectures are used for pattern recognition of disturbance waveform data. The particle swarm optimization is a powerful meta-heuristic technique in artificial intelligence field; therefore, this study proposes a PSO-based approach, to specify the beneficial features and the optimal parameter to enhance the performance of ELM. One of the advantages of ELM over other methods is that the parameter that the user must properly adjust is the number of hidden nodes only. In this paper, a hybrid optimization mechanism is proposed which combines the discrete-valued PSO with the continuous-valued PSO to optimize the input feature subset selection and the number of hidden nodes to enhance the performance of ELM. The experimental results showed the proposed algorithm is faster and more accurate in discriminating power system disturbances.     

改进粒子群优化的极限学习机软测量建模方法

工业过程常含有显著的非线性、时变等复杂特性,传统的极限学习机有时无法充分利用数据信息,所建软测量模型预测性能较差。为了提高极限学习机的泛化能力和预测精度,提出一种改进粒子群优化的极限学习机软测量建模方法。首先,利用高斯函数正态分布的特点实现惯性权重的自适应更新,并线性变化学习因子以提高粒子群优化算法的收敛速度和搜索性能;然后将该算法用于优化极限学习机的惩罚系数和核宽,得到一组最优超参数;最后将该方法应用于脱丁烷塔过程软测量建模中。仿真结果表明,优化后的极限学习机模型预测精度有明显的提高,验证了所提方法不仅是可行的,而且具有良好的预测精度和泛化性能。     

PSO-ELM的浆体管道临界淤积流速预测模型研究

针对浆体管道临界淤积流速预测难度大、精度低等问题,提出了粒子群优化—极限学习机(PSO-ELM)的临界淤积流速预测模型.利用PSO算法对ELM模型参数输入权值和隐元偏置进行优化,应用优化得到的ELM模型对预测集进行预测.通过实验仿真得到预测结果的最大误差为5.73%,预测效果优于常规的ELM模型和反向传播(BP)神经网络模型.     

基于改进粒子群优化和极限学习机的网络安全态势预测

针对网络安全态势预测模型预测精度不高、收敛较慢等问题,提出了一种基于改进粒子群优化极限学习机（IPSO-ELM）算法的预测方法。首先,通过改进粒子群优化（PSO）算法中的惯性权重和学习因子来实现两种参数随着迭代次数增加的自适应调整,使PSO初期搜索范围大、速度高,后期收敛能力强、稳定。其次,针对PSO易陷入局部最优的问题,提出一种粒子停滞扰动策略,将陷入局部最优的粒子重新引导至全局最优飞行。改进粒子群优化（IPSO）算法既保证了全局寻优的能力,又对局部搜索能力有所增强。最后,将IPSO与极限学习机（ELM）结合来优化ELM的初始权值及阈值。与ELM相比,结合IPSO的ELM的预测精度提高了44.25%。实验结果表明,与PSO-ELM相比,IPSO-ELM的预测结果拟合度可达到0.99,收敛速度提升了47.43%。所提算法在预测精度和收敛速度等指标上明显优于对比算法。     

一种新的混合智能极限学习机

提出一种基于差分进化(DE)和粒子群优化(PSO)的混合智能方法—–DEPSO算法,并通过对10个典型函数进行测试,表明DEPSO算法具有良好的寻优性能。针对单隐层前向神经网络(SLFNs)提出一种改进的学习算法—–DEPSO-ELM算法,即应用DEPSO算法优化SLFNs的隐层节点参数,采用极限学习算法(ELM)求取SLFNs的输出权值。将DEPSO-ELM算法应用于6个典型真实数据集的回归计算,并与DE-ELM、SaE-ELM算法相比,获得了更精确的计算结果。最后,将DEPSO-ELM算法应用于数控机床热误差的建模预测,获得了良好的预测效果。     

局部感知的类限制极限学习机

极限学习机(ELM)由于高效的训练方式被广泛应用于分类回归,然而不同的输入权值在很大程度上会影响其学习性能。为了进一步提高ELM的学习性能,针对ELM的输入权值进行了研究,充分利用图像局部感知的稀疏性,将局部感知的方法运用到基于自动编码器的ELM(ELM-AE)上,提出了局部感知的类限制极限学习机(RF-C₂ELM)。通过对MNIST数据集进行分类问题分析实验,实验结果表明,在具有相同隐层结点数的条件下,提出的方法能够获得更高的分类精度。