回归支持向量机集成模型在年径流预测中的应用

为进一步提高径流预测精度和泛化能力,根据回归支持向量机(SVR)特性及基本原理,提出考虑不同影响因子(输入向量)的SVR集成预测模型,以云南省南盘江西桥站1961—2007年径流预测为例进行实例研究。首先,利用相关分析法选取年径流预测的若干影响因子,依次构建不同影响因子的SVR单一模型对研究实例进行预测,并构建对应的RBF模型作为对比预测模型;然后,采用加权平均和简单平均2种方法对具有较好预测精度和互补性的单一模型的预测结果进行综合集成。结果表明基于SVR的加权平均和简单平均2种集成模型径流预测的平均相对误差绝对值分别为1.27%和1.54%,最大相对误差绝对值分别为2.99%和2.74%,其精度和泛化能力均大幅优于各单一模型以及基于RBF的加权平均和简单平均集成模型,表明加权平均SVR和简单平均SVR集成模型具有较高的预测精度和泛化能力。相对而言,加权平均集成模型赋予了预测效果好的模型更大的权重,预测精度和泛化能力均优于简单平均集成模型。预测模型和方法可为相关预测研究提供参考和借鉴。     

回归支持向量机模型及其在年径流预测中的应用

研究交叉验证（CV）SVR年径流预测模型,以云南省清水江革雷站为例进行实例分析。利用SPSS软件选取年径流影响因子,确定输入向量;采用CV方法搜寻SVR惩罚因子C和核函数参数g,构建CV-SVR多元变量年径流预测模型,并构建GA-BP、传统BP模型作为对比模型。利用所构建的模型对实例进行预测。结果表明：CVSVR模型对实例后15年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3.4596%、9.3035%,预测精度和泛化能力均优于GA-BP、传统BP模型,表明CV能有效搜寻SVR惩罚因子C和核函数参数g。CV-SVR模型具有预测精度高、泛化能力强以及算法稳定等特点。     

基于改进支持向量机模型的开都河年径流量预测

针对回归支持向量机(SVR)惩罚因子C和核函数参数g的选取对模型性能有着关键性影响以及在实际应用中存在参数选取等困难,提出基于启发式算法的PSO-SVR和GA-SVR年径流预测模型,以新疆开都河大山口水文站年径流预测为例进行实例研究。首先,利用DPS软件选取年径流影响因子,确定输入向量;其次,基于粒子群算法(PSO)、遗传算法(GA)基本原理,采用PSO、GA优化SVR惩罚因子C和核函数参数g,构建PSO-SVR和GA-SVR年径流预测模型,并构建基于网格划分(GS)与交叉验证(CV)算法相结合的GS-SVR模型作为对比模型。最后,利用所构建的模型对实例进行预测分析。结果表明:PSO-SVR和GA-SVR模型对开都河1996—2012年径流预测的平均相对误差绝对值分别为2.65%、3.22%,平均绝对误差分别为1.055亿m3和1.291亿m3,预测精度和泛化能力均优于GS-SVR模型,表明PSO和GA能有效对SVR惩罚因子C和核函数参数g进行优化,具有预测精度高、泛化能力强以及稳健性能好的特点。相对而言,PSO-SVR模型性能略优于GA-SVR模型。     

PSO-SVR模型及其在COD_(Mn)预测中的应用

针对回归支持向量机(SVR)惩罚因子C和核函数参数g的选取对模型性能有着关键性影响,以及在实际应用中存在参数选取等困难,提出基于启发式优化算法的PSO-SVR多元变量COD_(Mn)预测模型,以云南省某断面COD_(Mn)预测为例进行实例研究。利用SPSS软件选取COD_(Mn)影响因子,确定输入变量;基于粒子群算法(PSO)基本原理,采用PSO优化SVR惩罚因子C和核函数参数g,构建PSO-SVR多元变量COD_(Mn)预测模型,并构建GA-SVR、 GA-BP及传统BP模型作为对比模型。利用所构建的模型对实例进行预测分析,结果表明:PSO-SVR模型随机连续运行100次对实例COD_(Mn)预测的平均相对误差绝对值和最大相对误差绝对值分别在2.355 2%～3.200 5%和4.030 3%～4.735 0%之间,平均值分别仅为2.586 7%和4.268 1%,预测精度和泛化能力均优于GA-SVR、 GA-BP及传统BP模型,表明PSO能有效对SVR惩罚因子C和核函数参数g进行优化, PSO-SVR模型具有预测精度高、泛化能力强以及稳健性能好等特点。     

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。     

改进RBF-Adaboost模型及其在年径流预测中的应用

为提高径向基神经网络(RBF)在年径流预测中精度,提出基于Adaboost算法及线性递减算法改进的RBF-Adaboost预测模型,以云南省姑老河站年径流预测为例进行实例研究,并构建RBF、GA-BP及BP模型作为对比模型.利用实例前34年和后20年资料对所构建的模型进行训练和预测.结果表明:改进RBF-Adaboost模型对实例后20年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4.83％、9.51％,预测精度优于RBF、GA-BP及BP模型.RBF-Adaboost模型集成了多个基于扩展系数及期望误差线性递减改进的RBF神经网络弱预测器,有效提高了RBF神经网络模型在年径流预测中的精度,模型具有预测精度高、泛化能力强等优点.     

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。     

自适应变异粒子群算法与支持向量机在农业用水预测中的应用

为提高农业用水预测精度以及改善基本粒子群算法(PSO)的收敛性能,提出基于自适应变异(Adaptive Variation,AV)算法改进的PSO-SVR多元变量农业用水预测模型,以2000-2011年全国农业用水量预测为例进行实例研究。首先,选用3个典型函数测试AVPSO算法性能,并与基本PSO算法比较;其次选取粮食作物播种面积、水灾成灾面积等4个指标作为农业用水预测的影响因子,采用AVPSO算法优化SVR惩罚因子C和核函数参数g,构建AVPSO-SVR农业用水预测模型,并构建基本PSO-SVR、GA-SVR、GA-BP和传统BP模型作为对比模型;最后,利用实例前8年和后4年资料分别对各模型进行训练和预测。结果表明:1AVPSO算法的全局搜索能力有了明显提高,有效避免了早熟收敛问题。2AVPSO-SVR模型对实例后4年农业用水量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0.48%、0.78%,预测精度及泛化能力均优于PSO-SVR、GA-SVR、GA-BP和传统BP模型,AVPSO算法能有效对SVR惩罚因子C和核函数参数g进行寻优。     

基于相空间重构原理的遗传神经网络模型在城市需水预测中的应用

针对多元变量需水预测模型中变量之间普遍存在多重共线性问题以及BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部极值等缺点,将相空间重构原理及遗传算法(GA)引入BP神经网络需水预测模型中,提出基于相空间重构原理的GA-BP城市需水预测模型,并对上海市需水预测进行实例分析。实例分析结果表明:GA-BP模型对上海市2005—2009年的年用水量预测平均相对误差绝对值和最大相对误差绝对值分别为1.4344%和2.7672%,对2010—2011年的年需水量预测相对误差分别为0.5136%和0.0270%,精度均优于BP神经网络预测模型;基于相空间重构原理的GA-BP需水预测模型具有较好的预测精度和泛化能力,是提高需水预测精度和泛化能力的有效方法。     

PCA-FSA-MLR模型及在径流预测中的应用研究

为提高径流预报精度,研究提出主成分分析(PCA)、未来搜索算法(FSA)、多元线性回归(MLR)相融合的径流预测模型。利用PCA对样本数据进行降维处理,选取8个标准测试函数在不同维度条件下对FSA进行仿真验证,利用FSA优化MLR常数项和偏回归系数,提出PCA-FSA-MLR径流预测模型,并构建基于PCA降维处理的PCA-LS-MLR、PCA-FSA-SVM、PCA-SVM模型和未经降维处理的FSA-MLR、LS-MLR、FSA-SVM、SVM作对比模型,通过云南省龙潭站年径流及枯水期12月月径流预测实例对各模型进行验证。结果表明:(1)FSA在不同维度条件下均具有较好的寻优精度和全局极值搜索能力;(2)PCA-FSA-MLR模型对龙潭站年径流及12月月径流预测的平均相对误差绝对值分别为1.63%、3.91%,预测精度均优于其他7种模型,具有更高的预测精度和更强的泛化能力;(3)对于同一模型,经PCA降维处理的预测精度优于未经降维处理的预测精度,PCA数据降维对提升模型预测精度具有帮助。     

Comparative Study of Hybrid-Wavelet Artificial Intelligence Models for Monthly Groundwater Depth Forecasting in Extreme Arid Regions,Northwest China

Prediction of groundwater depth (GWD) is a critical task in water resources management. In this study, the practicability of predicting GWD for lead times of 1, 2 and 3 months for 3 observation wells in the Ejina Basin using the wavelet-artificial neural network (WA-ANN) and wavelet-support vector regression (WA-SVR) is demonstrated. Discrete wavelet transform was applied to decompose groundwater depth and meteorological inputs into approximations and detail with predictive features embedded in high frequency and low frequency. WA-ANN and WA-SVR relative of ANN and SVR were evaluated with coefficient of correlation (R), Nash-Sutcliffe efficiency (NS), mean absolute error (MAE), and root mean squared error (RMSE). Results showed that WA-ANN and WA-SVR have better performance than ANN and SVR models. WA-SVR yielded better results than WA-ANN model for 1, 2 and 3-month lead times. The study indicates that WA-SVR could be applied for groundwater forecasting under ecological water conveyance conditions.     

不同组合小波神经网络模型对径流预测的适用性

针对水文时间序列的非平稳性特征,以长江三峡宜昌站1904~2003年年平均流量为例,分别建立了小波分析（WA）与BP神经网络和径向基函数神经网络（RBF）耦合的预测模型,探究了两种组合模型的预测效果,并与传统的单一人工神经网络模型对比;并采用5种常见的预测性能评价指标分析预测效果。结果表明：组合模型预测成果的精度较单一模型显著提高;组合和单一模型中RBF网络模型均优于BP网络模型;小波径向基函数神经网络组合模型具有较优的预测精度和泛化能力,是提高预测精度的有效方法,在径流预测中具有可行性。     

改进Elman神经网络在径流预测中的应用

针对传统静态前馈神经网络动态性能较差的缺点,提出一种基于遗传算法（GA）优化Elman神经网络连接权值的GA-Elman多元变量年径流预测模型.以新疆伊犁河雅马渡站径流预测为例进行实例分析,并构建传统Elman,传统BP和GA-BP多元变量年径流预测模型作为对比模型,预测结果与文献IEA-BP网络模型预测结果进行对比.结果表明:①GA-Elman模型的拟合及预测效果略优于文献IEA-BP模型,该模型用于多元变量年径流预测是合理可行的,具有较好的预测精度和泛化能力.②在相同网络结构及传递函数等条件下,GA-Elman模型的预测精度和泛化能力优于GA-BP模型,传统Elman模型优于传统BP模型,表明具有适应时变特性的Elman反馈动态递归网络预测性能优于BP网络;GA能有效优化Elman神经网络连接权值,使网络的预测精度和泛化能力有了较大提高.     

基于随机森林与支持向量机的水库长期径流预报

水库长期径流预报对于研判水文情势变化和指导水库调度管理具有重要意义。针对云南龙江水库年、汛期和枯水期平均入库径流,利用随机森林从环流指数、海温、气压和前期月径流中选取关键预报因子,基于粒子群与交叉验证相结合的算法优选参数,建立随机森林与支持向量机模型,开展龙江水库入库径流预报研究。结果表明:太平洋中北部与西部气候因子对径流预报的影响较大,前期月径流对年、汛期径流的重要性偏低,但对枯水期的影响程度与部分气候因子相当。随机森林与支持向量机模型总体精度较高,模拟与预报的合格率均达到85%以上,平均绝对百分比误差均低于15%,支持向量机的泛化能力强于随机森林,但二者在局部极值流量处的预报精度尚有待提升。     

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...     

ARIMA与ANN组合预测模型在中长期径流预报中的应用

基于时间序列预测模型及BP神经网络,提出了新的组合预测方法.该方法采用三层结构的BP神经网络来构造组合预测模型,运用时间序列模型预测方法得出的预测结果,采用历史滚动法将前5年的预测结果数据作为BP网络的输入,以当前年份的预测结果为网络期望输入,建立了ARIMA-ANN组合预报模型.利用Matlab7神经网络工具箱对塔里木河上游源流卡群水文站的年径流量进行了预报及验证.结果表明:组合模型的预报结果精度高,容错能力强,是中长期径流预报的有效方法.