局部最小二乘支持向量机回归在线建模方法及其在间歇过程的应用

当间歇生产切换于不同的工艺条件时,由于新工况下的样本一般很少,且批次间存在着不确定性(由于原材料波动或过程动态特性波动等),基于全局学习的建模方法(如最小二乘支持向量机回归,LSSVR)建立的模型泛化性能不强。将局部学习融入LSSVR中,提出一种局部LSSVR(local LSSVR,LLSSVR)的间歇过程在线建模方法。结合前一批次离线优化后的LSSVR参数,针对待预测新样本在线选择与之相关的近邻样本集并基于此进行建模。以建立青霉素发酵过程的菌体浓度为例,验证了LLSSVR算法能够从过程的第2个生产批次开始在线建立较准确的预报模型,较LSSVR有着更好的推广能力、适应性和鲁棒性。

基于局部最小二乘支持向量机的音频频带扩展方法

在网络传输过程中宽带音频会由于高频信息的缺失导致音频质量下降,因此,本文提出了一种基于局部最小二乘支持向量机的宽带向超宽带音频频带扩展方法.根据音频频域序列的非线性特性,本文采用相空间重构和局部最小二乘支持向量机对音频信号的高频频谱细节进行预测,并结合高斯混合模型对高频子带能量进行估计,最后经过高频频谱包络调整,所提方法能够有效地恢复7k Hz^14k Hz频率范围内的高频成分.主客观测试结果表明,该方法改善了宽带音频的听觉质量,其性能优于参考音频频带扩展方法.

用于发酵过程在线建模的自适应局部最小二乘支持向量机回归方法

提出一种基于自适应局部学习的最小二乘支持向量机回归(LSSVR)在线建模方法。考虑样本间的距离和角度信息以获得更全面合理的相似样本集,推导了采用快速留一法在线优化模型参数的准则,并给出了发酵过程在线自适应模型选择的策略。以链激酶流加发酵过程为例,验证了所提出算法能够从过程的第2批次开始,同时对活性菌体浓度和链激酶浓度进行较准确的在线预报,较普通的局部LSSVR等建模方法具有更高的预报精度和自适应性。

基于局部最小二乘支持向量机的光谱定量分析

提出了一种基于局部最小二乘支持向量机(LSSVM)的回归方法,以克服待测参数和光谱数据间的非线性。本方法首先通过欧式距离选取局部训练样本子集,然后利用该子集建立LSSVM校正模型。由于每个测试样本建模时要选取不同的训练样本,因此提出相对距离的概念用来改进高斯核函数,使LSSVM的参数对于不同的训练样本具有自调整功能。针对一批汽油样本的实验结果表明,本方法的预测精度优于常见的局部线性建模方法和全局建模方法。

基于局部最小二乘支持向量机的潜空间广义预测控制器

针对多变量、非线性、时变的实际工业过程系统,提出了一种基于局部最小二乘支持向量机的潜空间广义预测控制方法。该方法通过偏最小二乘构建潜变量空间,从而将复杂的多变量系统转变成多个单变量子系统,然后在每个采样点利用即时学习选择相关数据样本,在潜空间内在线建立每个单变量子系统(SISO)的局部最小二乘支持向量机(LSSVM)模型,最后利用广义预测控制器对这多个子系统分别实施预测控制。利用即时学习剔除冗余数据样本,提升了LSSVM的鲁棒性,并且使其更适用于实时建模和控制。利用该控制器对四容水箱对象进行仿真研究,验证了算法的有效性。

基于沙地猫群优化–最小二乘支持向量机的动态NOx排放预测

针对火电机组频繁调峰导致机组燃烧状态不稳,进而导致锅炉出口NOx浓度波动范围大的问题,提出一种基于沙地猫群优化(sand cat sarm optimization,SCSO)的最小二乘支持向量机(leastsquaressupportvectormachine,LSSVM) NOx动态预测模型。首先利用k近邻互信息计算时间延迟的同时筛选辅助变量。然后,基于SCSO算法进行输入变量阶次的选择。使用包含辅助变量时间延迟和阶次的信息作为模型的输入,SCSO算法优化最小二乘支持向量机参数,建立动态NOx排放最小二乘支持向量机预测模型(SCSO-LSSVM动态软测量模型)。最后将模型与未加入迟延的LSSVM模型,加入迟延的LSSVM模型和粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)优化最小二乘支持向量机参数的动态软测量模型进行对比验证。结果表明,相较于其他模型,该文建立SCSO-LSSVM动态软测量模型均方根误差、平均绝对误差、平均绝对误差最小,预测精度最高,而且在NOx浓度剧烈波动时也能够较好地预测NOx浓度,具有很好的动态特性。

基于最小二乘孪生支持向量机的不确定数据学习算法

孪生支持向量机通过计算2个二次规划问题,得到2个不平行的超平面,用于解决二分类问题。然而在实际的应用中,数据通常包含不确定信息,这将会对构建模型带来困难。对此,提出了一种用于求解带有不确定数据的最小二乘孪生支持向量机模型。首先,对于每个实例,该方法都分配一个噪声向量来构建噪声信息。其次,将噪声向量结合到最小二乘孪生支持向量机,并在训练阶段得到优化。最后,采用一个2步循环迭代的启发式框架求解得到分类器和更新噪声向量。实验表明,跟其他对比方法比较,本方法采用噪声向量对不确定信息进行建模,并将孪生支持向量机的二次规划问题转化为线性方程,具有更好的分类精度和更高的训练效率。

基于改进最小二乘支持向量机组合模型的深基坑沉降变形预测

为了提高深基坑沉降变形预测精度,及时为深基坑支护施工提供指导,提出一种改进最小二乘支持向量机组合模型;通过引入自适应噪声完备集合经验模态分解方法分解原始深基坑沉降变形数据,并结合粒子群优化算法和遗传算法对最小二乘支持向量机进行参数寻优,对分解的数据分别训练、预测后再叠加,得到最终预测结果;应用所提出模型对济南市某深基坑的累积沉降量进行预测,同时与其他模型对比,验证所提出模型的实用性和优越性。结果表明:所提出模型预测深基坑累积沉降量的平均相对误差为0.035%,均方误差为0.0809 mm^(2),均方根误差为0.2838 mm,所提出模型的准确性远优于其他模型的;自适应噪声完备集合经验模态分解方法的引入更有利于在深基坑沉降变形预测方面发挥最小二乘支持向量机的优势。

一种稳健最小二乘支持向量机GNSS-IR土壤湿度反演方法

全球卫星导航系统干涉测量(global navigation satellite system interferometric reflectometry,GNSS-IR)是一种新型的遥感技术,可利用多径信噪比序列的延迟相位值反演土壤湿度值,其延迟相位求解通常使用信赖域算法,该算法一定程度依赖初值设定。文章先使用遗传算法求解出延迟相位粗略值,再将该数值作为信赖域的初值用于迭代计算,提升了部分卫星延迟相位的求解精度及稳定性。此外,针对多径信噪比序列易受环境因素影响引入粗差,进而影响模型反演精度,文章采用稳健最小二乘支持向量机作为反演模型,同时又考虑到多星融合的时空尺度优势,将该模型分别做了单星反演至五星融合反演,并与最小二乘支持向量机模型做对比。分析结果表明,当三星融合时该模型提升精度最为明显,MAE最高可降低15.6%,RMSE最高可降低12.0%。

基于最小二乘支持向量机的电网企业供应链碳排放预测方法研究

电网企业供应链碳排放的预测对推动产业链供应链绿色转型具有重要意义,为此提出基于最小二乘支持向量机的电网企业供应链碳排放预测方法。首先,利用4E平衡模型获取电网企业供应链碳排放数据;其次,利用PLS-VIP算法对碳排放数据实施数据筛选,得到有效的碳排放数据变量;最后,引入最小二乘支持向量机,构建碳排放预测模型,并且采用量子粒子群优化算法对其展开优化,实现电网企业供应链碳排放高精度预测。实验结果表明,所提方法在保证预测过程较高稳定性的同时,一定程度上提高了预测精度和预测效率。

基于最小二乘支持向量机的造纸工控网络高隐蔽性入侵检测

造纸工控网络的数据特征具有复杂性和多样性,对于高隐蔽性入侵行为,其特征可能被混杂在正常操作和噪声中,增加了检测的难度。为此,提出基于最小二乘支持向量机的造纸工控网络高隐蔽性入侵检测方法。首先,使用CEEMD算法对网络数据进行分解,得到一系列固有模态分量(IMF),利用排列熵对IMF分量进行分析,确定高噪声IMF分量;使用小波降噪对高噪声IMF分量展开抗干扰处理。然后,使用互信息特征选择方法对抗干扰处理后的入侵数据进行特征提取。最后,将提取到的入侵数据特征作为输入数据,通过最小二乘支持向量机(LS-SVM)建立一个判别函数,该函数根据输入数据的特征值进行分类,并判断网络中是否存在高隐蔽性入侵行为。实验结果表明,所提方法最高入侵检测准确率达到0.98,Kappa统计量最大为0.99,表明所提方法的数据处理效果好、网络入侵检测精度高。

基于最小二乘支持向量机的农村土地利用空间优化配置方法及实例分析

因为农村各类用地数据具有样本小、非线性等特点,导致土地利用空间配置结果的适宜性较差,所以本文提出基于最小二乘支持向量机的农村土地利用空间优化配置方法。基于最小二乘支持向量机预测农村土地利用空间格局,得到各类用地面积数据,对各类用地进行满足经济效益与生态效益最大化的多目标函数的优化配置。实例结果表明,农村土地利用空间优化配置结果中各用地类型高度适宜区域的面积占比均超过75%,证实了设计方法的合理性。

基于小波包分解与最小二乘支持向量机的用户侧净负荷预测

随着分布式可再生能源在用户侧逐步接入,电表监测得到的用户净负荷曲线形态相对于原有实际负荷曲线更加不稳定,因而极大降低了用户的净负荷预测精度。针对此问题,提出基于小波包分解(wavelet packet decomposition,WPD)与最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)的用户侧净负荷预测方法,通过对用户净负荷时序数据作小波包分解,得到信号特征更为明显的高频分量与低频趋势部分,筛选剔除波动性大、噪声信号多的高频细节分量。同时考虑气象因素,利用最小二乘支持向量机对小样本非线性信号的训练效率高、泛化能力强的特点,采用其模型对其余包含更多有效负荷数据信息的低频分量分别进行预测重构,叠加得到最终的净负荷预测值。通过对可再生能源高度渗透的某地区用户实际净负荷数据进行实例分析,结果表明所提预测方法在此物理场景下相比于传统预测方法有更高的预测精度。

基于最优间隔分布的最小二乘支持向量机

支持向量机(support vector machine,SVM)通过结构风险最小化构建模型,模型简单易理解,但求解过程较复杂;而最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)求解的是一组线性方程组,其求解效率远高于SVM.然而,传统LSSVM忽略了样本点到超平面分布的影响.为了充分考虑数据的分布,本研究从LSSVM出发,加入最小化距离方差与最大化距离均值正则项,构建全新的LSSVM模型(LSSVM_rv和LSSVM_rm_rv模型).该模型的优势在于:依据数据的分布特征构建模型,分类效果更好;对偶问题仍是一组线性方程组,计算成本较小.大量的数值实验进一步验证上述模型的优越性,与传统SVM和LSSVM相比,在6个数据集上的分类准确率均有所提高,并且节省了大量的训练时间.

基于最优样本集在线模糊最小二乘支持向量机的飞行冲突网络态势预测

针对空中交通系统运行周期性和时变性的特点,结合复杂网络理论和模糊最小二乘支持向量机(LSSVM),提出一种基于最优样本集在线模糊最小二乘支持向量机(OTSOF-LSSVM)的飞行冲突网络态势预测方法。首先,基于三维的速度障碍法构建飞行冲突网络模型,并根据航空器的位置、航向和速度判断冲突;其次,分析飞行冲突网络拓扑指标的演化时间序列,得到与预测时刻在时间和距离上相关的样本组成最优样本集;最后,采用在线模糊LSSVM训练得到预测模型,并在模型更新过程中通过分块矩阵思想简化更新过程,提高算法效率。实验结果表明,所提方法能够快速、准确地预测空中态势,为管制员掌握空中交通的发展情况提供参考,并辅助进行冲突的预先调配。

基于改进灰狼算法与最小二乘支持向量机耦合的电力变压器故障诊断方法

电力变压器运行故障的准确诊断有利于提高变电设备状态检修和电网安全运行水平,为实现故障的准确分类,文章以油中溶解的5种典型气体作为故障诊断的特征量,提出一种基于改进灰狼算法与最小二乘支持向量机耦合的电力变压器故障诊断方法。该方法通过改进灰狼算法寻求最小二乘支持向量机中的最优惩罚系数C和核函数参数g,用以提高故障诊断的准确率。首先阐明最小二乘支持向量机和灰狼算法的改进点并将二者耦合,将其代入413组电力变压器的油中溶解气体检测数据来诊断故障类型,与其他诊断方法进行对比;其次研究惩罚系数C和核函数参数g对电力变压器故障类型识别准确率的影响规律;最后借助训练后的改进灰狼算法与最小二乘支持向量机耦合方法,通过两台不同电压等级的变压器故障实例分析,验证了故障诊断方法的有效性。研究结果表明:相较于单一使用最小二乘支持向量机和传统灰狼算法与最小二乘支持向量机耦合,改进灰狼算法与最小二乘支持向量机耦合方法对电力变压器故障诊断的准确率分别提高了14%和7%。此外,惩罚系数C和核函数参数g对电力变压器故障类型识别准确率的影响呈现非线性规律,凸显了通过智能算法找到最优解的便捷性、必要性、有效性。

基于最小二乘支持向量机的火电厂烟气含氧量预测模型优化研究

烟气含氧量是锅炉运行的重要监控参数,也是反映燃烧设备与锅炉运行完善程度的重要依据。根据运行工况快速、准确地测量烟气含氧量,对于优化锅炉燃烧过程具有重要指导意义。以某电站的1000 MW超超临界锅炉的运行数据为基础,选取影响烟气排放的31个因素,分别采用交叉验证(cross validation,CV)、粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法、遗传算法(genetic algorithm,GA)寻找最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)模型的最佳参数,建立烟气含氧量预测模型。研究结果表明:相对于PSO-LSSVM和CV-LSSVM模型,GA-LSSVM预测模型对烟气含氧量具有更好的预测能力,具有预测精度高、泛化能力好、鲁棒性强等优点,拟合预测的相对误差、均方误差分别为0.54%、0.23%,泛化预测的相对误差、均方误差分别为1.66%、2.13%,能够比较准确地对火电厂锅炉烟气含氧量进行测量,为锅炉燃烧系统进一步的优化运行奠定了基础。

基于最小二乘法和支持向量机的海洋内孤立波传播速度反演模型

传播速度是内孤立波的重要参数之一,如何通过光学遥感图像准确快速地获得内孤立波速度是目前需要解决的重要科学问题.本文在实验室建立了模拟内孤立波光学遥感成像系统,开展了系列综合实验,获取实验数据库,并利用最小二乘法和支持向量机两种方法分别建立基于单景光学遥感图像的内孤立波速度反演模型.利用中国南海的MODIS图像和GF-4图像数据对速度反演模型进行精度检验.研究结果表明:最小二乘法内孤立波速度反演模型能够给出回归方程,物理意义更为直观,且在300—399 m水深范围精度更高,而支持向量机内孤立波速度反演模型在水深400—1200 m和83—299 m的范围内精度高.因此两种内孤立波速度反演模型各有优势,都可以应用于真实海洋中内孤立波速度的反演.

基于改进果蝇算法优化的最小二乘支持向量机动力锂电池荷电状态预测

荷电状态(SOC)是动力锂电池管理系统的重要参数,使用传统算法优化锂电池SOC预测模型参数,收敛性相对较差,容易陷入局部最优解。对此,采用改进果蝇算法(IFOA)对最小二乘支持向量机(LSSVM)的参数进行优化,通过引入自适应松弛项来提高预测精度和收敛速度,获取全局最优解。选用磷酸锂电池为研究对象,测量其工作电压、工作电流和SOC,并将数据作为测试集,在MATLAB平台上建立基于IFOA优化的最小二乘支持向量机SOC预测模型。结果表明:IFOA优化的LSSVM动力锂电池SOC预测结果和实测结果吻合良好,平均绝对误差(MAPE)为1.02%,泛化能力强,预测精度相较果蝇算法最小二乘支持向量机(FOA LSSVM)和贝叶斯算法最小二乘支持向量机(BEF LSSVM)模型的精度更高。

基于最小二乘支持向量机的小电流接地系统早期故障识别算法研究

早期故障为永久性故障的先兆,及时准确识别系统中早期故障对于实现故障预警、减少永久性故障发生有重要意义。针对小电流接地系统早期故障特征弱、检测识别难度大的难题,提出一种基于最小二乘支持向量机的早期故障识别方法。首先分别基于物理特性和统计特性提取扰动浅层特征集,并基于S变换获取不同频段的能量熵和奇异熵;随后采用最大相关最小冗余法,在保留强相关特征量的同时降低特征集数据维度,构建最优扰动特征集;最后利用PSCAD/EMTDC仿真系统获取各类型扰动样本集,基于最小二乘支持向量机获取早期故障扰动波形识别模型,并采用粒子群算法对支持向量机参数寻优,提高算法效率。根据大量仿真算例分析,所提算法能准确识别小电流接地系统早期故障,验证了其正确性和有效性。