基于PCA-SHO-SVM和PCA-SHO-BP模型的径流预测

为提高径流预测精度,研究主成分分析(PCA)、斑鬣狗优化(SHO)算法与支持向量机(SVM)、BP神经网络相融合的预测方法.在样本数据筛选上选取PCA方法进行数据降维,使数据样本简洁且更具代表性.利用SHO算法优化SVM关键参数及BP神经网络权阈值,分别提出PCA-SHO-SVM、PCA-SHO-BP径流量预测模型,并...     

PSO-BP神经网络在多输出水利定额编制中的应用

针对运用BP神经网络模型来编制水利定额存在收敛慢、精度低、稳定性差的缺陷,提出利用粒子群算法(PSO)来优化BP神经网络初始权值阈值的模型,优化模型结合了粒子群全局搜索能力和BP网络的局部探优能力。在运用MATLAB对算法模型进行编程中,首先确定模型的关键参数和开展数据的预处理,其次利用标准粒子群算法优化BP神经网络的初始连接权值阈值,最后将优化的连接值带入BP模型训练并预测,实验中连续运行了50次模型。结果表明:BP模型的双输出预测精度分别为11.13%和8.41%,有10次未达到目标精度;PSO-BP模型的双输出预测精度分别为5.65%和5.44%,全部达到目标精度。因而得出结论,PSO-BP模型比单纯BP神经网络的预测精度和稳定性更好,更适合用来指导水利定额的编制工作。     

花授粉算法-BP神经网络模型及其在月径流预报中的应用

通过5个典型高维函数对一种新型群智能优化算法——花授粉算法(FPA)进行仿真验证,并与粒子群优化(PSO)算法进行对比分析。针对BP神经网络初始权值、阈值参数难以确定的不足,利用FPA算法优化BP神经网络初始权值和阈值,提出FPA-BP预报模型,以清水江水文站12月月平均流量预报为例进行实例研究。结果表明:1FPA算法收敛精度优于PSO算法,具有较好的收敛速度和全局寻优能力;2FPA-BP模型对实例2001—2005年月平均流量预报的平均相对误差绝对值为2.38%(5次平均),预报精度优于PSO-BP、BP模型。利用FPA算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,有效提高了BP神经网络的预报精度和泛化能力,且拓展了BP神经网络初始权值、阈值的优化方法,为相关预报研究提供了参考。     

随机神经网络与支持向量机在枯水期月径流预测中的应用

针对支持向量机(SVM)最佳算法参数难以确定的不足,利用典型随机神经网络RNN—Boltzmann机能量全局最小状态对应待优化目标全局极小值原理,提出Boltzmann-SVM预测模型,利用Boltzmann机搜寻SVM学习参数,并与基于GA算法搜寻SVM学习参数的GA-SVM预测模型作对比,以云南省河边水文站枯水期1月径流预测为例进行实例研究,利用实例前40年和后6年资料对模型进行训练和预测。结果表明:Boltzmann-SVM模型对实例后6年枯水期1月月均径流预测的平均相对误差绝对值和最大相对误差绝对值分别为7.30%、9.01%,精度优于GA-SVM模型,表明Boltzmann-SVM模型具有较好的预测精度和泛化能力。Boltzmann机融合了模拟退火算法(SA)与BP、Hopfield神经网络在网络结构、学习算法和动态运行机制中的优点,在解决组合优化问题上具有全局寻优能力强、收敛速度快等特点。     

基于RDPSO结构优化的三隐层BP神经网络水质预测模型及应用

提出基于随机漂移粒子群(RDPSO)算法结构优化的三隐层BP神经网络水质预测方法,利用RDPSO算法优化三隐层BP神经网络隐层节点数,构建三隐层RDPSO-BP水质预测模型,并与基于单隐层、双隐层节点优化的RDPSO-BP神经网络、基于网络权值阈值优化的RDPSO-BP神经网络预测模型作对比,以云南省五里冲水库总氮预测为例进行实例研究,利用实例60个月的总氮监测资料对此4种模型进行训练和预测。结果显示,三隐层RDPSO-BP神经网络模型对总氮预测的平均相对误差绝对值为6.98%,预测精度远高于其他3种模型,具有较好的预测精度和泛化能力。模型及方法可为相关水质预测研究提供参考。     

WPA-BP神经网络模型在枯水期月径流预测中的应用

通过8个高维复杂函数对一种新型仿生群体智能算法——狼群算法(WPA)进行仿真验证,并与粒子群优化(PSO)算法进行对比。针对BP神经网络易陷入局部极值及初始权阈值参数难以确定的不足,利用WPA算法优化BP神经网络初始参数,提出WPA-BP径流预测模型,以云南省龙潭站枯水期月径流预测为例进行实例验证,并与PSO-BP及BP模型进行比较。结果表明:1WPA算法收敛精度远远优于PSO算法,具有较好的计算鲁棒性和全局寻优能力;2WPA-BP模型预测精度优于PSO-BP及BP模型,具有较好的预测精度和泛化能力。利用WPA算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,可有效提高BP神经网络的预测精度和泛化能力。     

基于GA-BP与多隐层BP网络模型的水质预测及比较分析

采用循环算法确定最佳BP神经网络结构,建立BP神经网络水质模型进行预测.鉴于BP神经网络学习收敛速度慢、易陷入局部极值等缺点,在相同网络结构及期望误差等条件下,运用GA优化BP神经网络初始权值和阈值,构建GA-BP以及多隐层BP神经网络水质预测模型,以云南省某水库总氮预测为例进行预测与比较分析.结果表明:①GA-BP网络水质模型预测精度高于基本BP网络,表明遗传算法能有效优化BP网络初始权值和阈值.②增加BP神经网络隐层数能进一步提高网络预测精度,但训练时间也随着延长.③GA-BP及多隐层BP可作为提高网络预测精度的有效方法,二者均可用于水质预测预报,可为水质预测预报提供新的途径和方法.相对而言,GA-BP模型收敛速度快、预测精度高,具有一定的计算优势.     

基于小波去噪及优化BP神经网络的滑坡变形预测研究

为提高滑坡变形预测精度,以小波去噪和优化BP神经网络为基础,构建了滑坡变形预测模型,即先利用小波去噪剔除滑坡变形序列中的误差信息,再利用BP神经网络实现滑坡变形预测,且为保证其预测精度,利用试算筛选和混沌理论优化其模型参数,以实现滑坡变形的优化预测。实例研究表明:小波函数、阈值选取方法和小波分解层数对去噪效果的影响较大,sym8小波函数、软阈值及12层分解层数组合在实例中的去噪效果相对最优;同时,隐层节点数优化和节点阈值优化能有效提高BP神经网络的预测精度,在初步预测效果评价中,SH1号监测点的相对误差均小于2%,平均相对误差仅为1.65%,并在可靠性验证中,SHZ2号和SHZ3号监测点预测结果的平均相对误差分别为1.54%和1.51%,说明该模型不仅具有较高的预测精度,还具有较好的稳定性,适用于滑坡变形预测。     

改进BP神经网络集成模型在径流预测中的应用

为提高径流预测预报的精度和泛化能力,建立了基于3种基本改进算法的BP神经网络集成预测模型。利用ADF单位根检验方法、自相关分析方法确定径流时间序列的平稳性和模型的输入向量。针对BP神经网络标准算法收敛速度慢、易陷入局部极值的缺陷,采用自适应动量梯度法、共轭梯度法和Levenberg-Marquardt法分别改进BP神经网络标准算法,依次构建基于3种改进算法的BP神经网络模型对文山州南利河董湖水文站年径流进行预测,并构建GA-BP预测模型作为对比模型;采用加权平均方法对各单一模型预测结果进行综合集成。结果表明:集成模型对南利河2001-2005年径流预测平均相对误差绝对值为4.67%,最大相对误差绝对值为7.11%,精度和泛化能力均优于各单一模型和GA-BP模型。集成模型克服了单一模型预测精度不高和误差不稳定的缺点,具有较好的预测精度和泛化能力,是提高径流预测预报精度的有效方法。     

静电放电算法-混合核SVM的月径流预报模型及应用

为提高水文预测预报精度,构建基于多项式核与高斯核混合的支持向量机(SVM),利用静电放电算法(ESDA)优化混合核SVM关键参数和混合权重系数,提出混合核ESDA-SVM枯水期月径流预测模型,并构建高斯核ESDA-SVM、多项式核ESDA-SVM及ESDA-BP作对比预测模型,以云南省某水文站枯水期1—4月月径流预测为例进行实例研究,利用实例前24 a和后10 a资料对各模型进行训练和预测。结果表明,混合核ESDA-SVM模型对实例1—4月月径流预测的平均相对误差绝对值分别为4.09%、3.32%、3.51%和5.64%,预测精度均高于多项式核ESDA-SVM等3种模型。混合核ESDA-SVM模型综合了多项式全局核函数和高斯局部核函数二者优点,在预测精度、泛化能力等方面均优于对比模型,具有较好的实际应用价值。     

基于BP神经网络的水体叶绿素a浓度预测模型优化研究

利用自动监测数据,采用神经网络对水体中叶绿素a含量进行预测,是水体中叶绿素a含量预测的主要手段之一。但受梯度下降法局部搜索的限制,传统BP神经网络模型预测精度和稳定性均存在问题。鉴于此,引入全局搜索的思维进化算法优化BP神经网络权值、阈值,提高叶绿素a预测效率;并采用偏导方法对预测模型输入因子敏感性进行分析,精简模型输入因子。结果表明:在叶绿素a的BP神经网络预测模型中,引入思维进化算法可显著提高网络训练稳定性和精度,预测精度波动范围从[0.364,0.978]提高至[0.917,0.983],平均预测精度从0.950提高到0.968。利用Dimopoulos敏感性分析将模型输入因子从12因子精简为8因子后,平均预测精度从0.968降至0.962,预测精度波动范围从[0.917,0.983]变为[0.921,0.976],预测模型稳定性更好;在输入因子数目均为8条件下,基于Dimopoulos方法敏感性分析结果筛选出的输入因子组合平均预测精度明显高于基于主成分分析法筛选出的输入因子组合。研究可为基于BP神经网络叶绿素a预测模型输入因子优化提供参考,提高模型预测的稳定性。     

免疫粒子群算法与支持向量机在枯水期月径流预测中的应用

针对支持向量机(SVM)最佳算法参数难以确定以及基本粒子群算法(PSO)易陷入局部极值等不足,提出免疫粒子群算法(IAPSO),利用IAPSO算法搜寻SVM学习参数,构建IAPSO-SVM预测模型,并与PSO-SVM、GA-SVM模型作为对比,以云南省某水文站枯水期月径流预测为例进行实例研究,利用实例前43年和后10年资料对模型进行训练和预测。结果表明:IAPSO-SVM模型对实例后10年枯水期1-3月月均径流预测的平均相对误差绝对值分别为3.32%、6.52%和6.55%,精度优于PSO-SVM和GA-SVM模型,表明IAPSO-SVM模型具有较高的预测精度和泛化能力。IAPSO算法利用浓度选择机制及免疫接种原理,改进了基本粒子群优化算法的全局寻优能力和收敛速度,具有较强的全局寻优能力。利用IAPSO算法优化得到的SVM学习参数可有效提高SVM模型的预测精度和泛化能力。     

SSO-BP模型在水资源可再生能力评价中的应用

为评价区域水资源可再生能力,提出了水资源可再生能力评价指标体系和分级标准,构建了基于BP神经网络的评价模型,并以云南省文山州水资源可再生能力评价为例进行实例研究。首先,遴选出单位面积水资源量等10个指标,构建水资源可再生能力评价指标体系和分级标准;其次,针对BP神经网络初始权值和阈值难以确定的不足,利用一种全新的仿生群体智能算法--群居蜘蛛优化（SSO）算法优化BP神经网络初始参数,提出了SSO-BP评价模型,并通过6个高维复杂函数对SSO算法进行验证,且与粒子群优化（PSO）算法进行对比;最后,利用SSO-BP模型对实例进行水资源可再生能力评价。结果表明：① SSO算法具有较好的收敛精度和全局寻优能力,可有效提高BP神经网络模型的预测精度和泛化能力。② 文山州各评价区域2014年水资源可再生能力处于最强与中等之间,符合区域现状。     

加权平均集成神经网络模型在城市需水预测中的应用

针对单一神经网络模型预测误差波动大、精度不高等问题,提出基于SVM、BP和Elman神经网络基本模型的加权平均集成需水预测模型。首先,利用相关分析和ADF单位根检验,选取需水预测主要影响因子。为避免模型过度拟合,引入虚拟维,并针对BP、Elman神经网络标准算法收敛速度慢、易陷入局部极值的不足,采用自适应动量算法改进BP和Elman神经网络标准算法,依次构建SVM、BP和Elman需水预测单一模型,并对上海市2002—2011年需水量进行预测;最后,基于加权平均方法对各单一模型预测结果进行综合集成。结果表明:利用加权平均集成模型对上海市2002—2011年需水量进行预测的平均相对误差绝对值为1.8004％,最大相对误差绝对值为3.6995％,精度和泛化能力均大幅优于各单一模型。说明本研究建立的加权平均集成模型用于需水预测是合理可行和有效的,它综合了各单一模型的优点,有效避免了单一模型预测误差过大和不稳定的缺点,具有预测精度高、泛化能力强、误差变化幅度不大等特点。     

遗传算法与最小二乘支持向量机在年径流预测中的应用

为克服最小二乘支持向量机(LSSVM)依赖人为经验选择学习参数的不足,利用遗传优化算法(GA)选择LSSVM惩罚因子C和核函数参数σ2,构建GA-LSSVM年径流预测模型,并构建LSSVM、GA-BP和传统BP模型作为对比,以云南省河边水文站年径流预测为例进行实例研究,利用实例前30 a和后22 a资料分别对各模型进行训练和预测。结果表明:GA-LSSVM模型对实例后22 a年径流预测的平均相对误差绝对值和最大相对误差绝对值分别为3.13%、8.66%,预测精度优于LSSVM、GA-BP和传统BP模型。GA算法全局寻优能力强,利用GA算法优化得到的LSSVM学习参数可有效提高LSSVM模型的预测精度和泛化能力。     

基于阴阳对算法优化的随机森林与支持向量机组合模型及径流预测实例

提出一种基于阴阳对(YYPO)算法优化的随机森林(RF)与支持向量机(SVM)组合预测方法,利用YYPO算法对RF、SVM关键参数和组合权重系数进行优化,构建YYPO-RF-SVM预测模型,并与YYPO-RF、YYPO-SVM模型及RF、SVM模型作对比分析,以某水文站年径流预测为例进行实例研究。利用实例前30 a、中间14 a和后10 a资料对YYPO-RF-SVM等5种模型进行训练、检验和预测。结果表明,YYPO-RF-SVM模型对实例训练、检验和预测的平均相对误差绝对值分别为2.76%、4.64%、3.02%,精度均高于YYPO-RF等4种模型。YYPO-RF-SVM模型具有更高的预测精度和泛化能力,可为水文预测预报和相关预测研究提供参考和借鉴。     

基于小波分解的AVOA-DELM月径流时间序列预测模型及应用

为提高月径流时间序列预测精度,提出小波分解(WD)-非洲秃鹫优化算法(AVOA)-深度极限学习机(DELM)组合预测模型,并应用于云南省丫勒水文站月径流预测。利用WD对月径流时序数据进行分解,以获得更具规律的子序列分量;通过AVOA优化DELM隐含层神经元数,建立WD-AVOA-DELM模型对各子序列分量进行预测,将预测结果加和重构得到最终月径流预测结果。同时构建基于支持向量机(SVM)、BP神经网络两种预测器的WD-AVOA-SVM、WD-AVOA-BP、AVOA-DELM、AVOA-SVM、AVOA-BP作分析对比模型。结果表明：WD-AVOA-DELM模型对丫勒水文站月径流预测的平均绝对百分比误差为3.02%,预测误差远小于WD-STOA-SVM、WD-AVOA-BP模型,预测精度较AVOA-DELM、AVOA-SVM、AVOA-BP提高1个数量级以上,具有较好的预测效果。WD能科学降低径流序列的复杂性,提高预测精度;AVOA能有效优化DELM关键参数,提高DELM网络性能。     

基于多组群教学优化的随机森林预测模型及应用

为有效提高水文预测预报精度,提出了一种基于多组群教学优化(MGTLO)的随机森林(RF)预测方法,利用MGTLO算法对RF两个关键参数进行优化,构建MGTLO-RF预测模型,并与基于MGTLO算法优化的支持向量机(SVM)、BP神经网络两种常规预测模型作对比分析。以云南省龙潭站月径流和年径流预测为例进行实例研究,利用前44 a和后10 a资料对MGTLO-RF等3种模型进行训练和预测。结果表明:所提出的MGTLO-RF模型具有更好的预测精度和泛化能力,可作为水文预测预报和相关预测研究的一种有效工具。     

基于主成分分析的GA-BP模型在城市需水预测中的应用研究

针对城市需水预测模型中需水量影响因子多、影响因子之间普遍存在多重共线问题,以及BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部最优等缺点,提出一种由主成分分析、遗传算法及BP神经网络三者相结合的改进预测模型。以泰州市为实例,建立以主成分分析筛选需水量主要影响因子,遗传算法优化BP网络连接权值和阈值的需水预测模型,预测结果与BP神经网络预测模型预测结果做对比。结果表明:改进预测模型对泰州市2003-2014年需水量预测的平均相对误差为0.564%,最大相对误差为1.681%,精度优于BP神经网络预测模型;改进预测模型预测值与实际泰州市需水量吻合良好且训练速度更快、预测精度更高,可作为需水预测的一种有效方法。     

小波神经网络模型在河道流量水位预测中的应用

鉴于BP神经网络学习收敛速度慢、参数选择困难、易陷入局部极值等缺点,提出小波神经网络河道流量水位预测模型,以盘龙河天保站流量水位预测为例进行分析。采用循环算法确定最佳BP神经网络结构,并在相同网络结构及期望误差等条件下,运用GA优化BP神经网络初始权值和阈值,构建传统BP、GA-BP神经网络河道流量水位预测模型作为对比预测模型。结果表明:小波神经网络结合了神经网络与小波分解在函数逼近上的优点,其预测精度高于传统BP和GA-BP网络模型,表明小波神经网络用于河道流量水位预测是合理可行和有效的,可为水文预测预报提供新的途径和方法。且小波神经网络模型具有计算简便、逼近能力强、收敛速度快,能有效避免局部极值等特点,有着广阔的应用前景。