基于改进实数编码遗传算法的神经网络超参数优化

针对神经网络超参数优化效果差、容易陷入次优解和优化效率低的问题,提出一种基于改进实数编码遗传算法(IRCGA)的深度神经网络超参数优化算法——IRCGA-DNN(IRCGA for Deep Neural Network)。首先,采用实数编码方式表示超参数的取值,使超参数的搜索空间更灵活;然后,引入分层比例选择算子增加解集多样性;最后,分别设计了改进的单点交叉和变异算子,以更全面地探索超参数空间,提高优化算法的效率和质量。基于两个仿真数据集,验证IRCGA-DNN的毁伤效果预测性能和收敛效率。实验结果表明,在两个数据集上,与GA-DNN(Genetic Algorithm for Deep Neural Network)相比,所提算法的收敛迭代次数分别减少了8.7%和13.6%,均方误差(MSE)相差不大;与IGA-DNN(Improved GA-DNN)相比,IRCGA-DNN的收敛迭代次数分别减少了22.2%和13.6%。实验结果表明,所提算法收敛速度和预测性能均更优,能有效处理神经网络超参数优化问题。

基于神经网络和Kalman滤波的陀螺阵列融合算法

针对微机械陀螺测量精度和可靠性低的问题,提出了基于神经网络和Kalman滤波的陀螺阵列融合算法。将神经网络与Kalman滤波相结合,利用LSTM-RNN计算每个陀螺的置信度;再将每个陀螺的置信度、测量值及Kalman滤波估计的角速度输入给BP神经网络进行数据融合,使得BP网络在训练时拥有更多关于陀螺的特征信息,从而提高角速度的融合精度。由于率先得到了每个陀螺的置信度,使得BP网络可以更容易辨识出故障陀螺,从而减小对故障陀螺测量数据的利用率。经实际系统验证,在陀螺存在故障的情况下,所提算法的陀螺阵列MAE和RMSE相比Kalman滤波分别降低了80.25%、81.39%,相比只有测量值输入的LSTM-RNN融合算法分别降低了60.33%、63.41%,具有较强的容错性和鲁棒性。

基于改进松鼠搜索算法优化神经网络的数控机床进给系统热误差预测

为探究数控机床进给系统中各因素对热误差的影响规律,建立精准的热误差预测模型。在进给速度为10 m/min、环境温度20℃的条件下进行进给系统热误差测量实验,获得进给系统关键点的温升及热误差。为提高预测精度,采用Tent混沌改进松鼠搜索算法,并利用改进的算法对神经网络进行优化,建立热误差预测模型。利用热误差测量实验获得的数据进行验证,结果表明改进前的神经网络预测误差为12.23%,改进后的模型预测误差为8.92%,精度有较大提升。利用预测模型针对不同进给速度下相同位置处热误差进行分析,结果表明,进给系统中关键测温点的温度和丝杠各点的热误差随着进给速度的增加而增加。因此提出的预测模型可实现进给系统热误差的准确预测,为误差补偿提供理论依据。

基于卷积神经网络的纸张表面缺陷智能检测算法研究

针对纸张缺陷检测领域中如何有效提升缺陷特征提取能力、提高检测精度以及减少小目标缺陷漏检的难题,创新性地提出了一种基于改进Faster R-CNN算法的检测方法。该方法通过采用ResNet-50代替传统的VGG16作为特征提取的骨干网络,有效地增强了对纸张缺陷特征的捕获能力;进一步引入CBAM模块,实现了对空间及通道注意力的双重优化,显著提升了缺陷检测的准确度。此外,通过将ROI-Pooling技术升级为ROI-Align技术,本方法进一步增强了模型对纸张缺陷检测的泛化性能。经验证,该改进算法在常见纸张缺陷检测方面的平均精度达到了98%,不仅显著提高了检测精度,还有效减少了小目标缺陷的漏检,降低了错误检测率,为纸张缺陷检测技术的发展提供了新的思路和方法。

基于K均值聚类算法和LSTM神经网络的管道腐蚀阶段预测方法

针对声发射检测获得的管道腐蚀信号,提出了一种基于K均值(K-means)聚类算法和长短期记忆(LSTM)神经网络的管道腐蚀阶段预测方法。首先,利用K-means聚类算法将腐蚀信号分类,再构建LSTM神经网络模型,并采取了无监督学习的方式,以声发射波形为出发点,对模型进行参数优化,最后进行管道腐蚀阶段预测,并根据评价指标对模型进行评价。研究表明:对LSTM神经网络模型适当增加隐藏层,可以使得模型更加稳定,鲁棒性更好;与现有故障诊断模型相比,LSTM神经网络模型的精度更高。

基于改进海鸥优化算法的BP神经网络及其应用

针对传统反向传播(BP)神经网络在预测时随机产生的初始权值、阈值影响准确性的问题,提出一种改进的海鸥优化算法(ISOA)对BP神经网络的初始阈值、权值进行寻优。首先,为提高海鸥优化算法(SOA)的收敛精度和跳出局部最优的能力,使用Sine混沌映射初始化种群,引入非线性参数A,在海鸥攻击时引入乘除策略进行扰动,同时在攻击阶段后引入反向学习策略。然后,使用ISOA优化BP神经网络初始权值、阈值,解决对初值敏感和易陷入局部最优的问题。最后,在冻结裂隙砂岩动态冲击试验中进行峰值应力预测,结果表明:对比原始BP、粒子群优化(PSO)-BP和SOA-BP,ISOA优化后的BP神经网络对峰值应力预测精度更高。

小波包与遗传算法优化BP神经网络相结合的井架钢结构损伤识别

井架钢结构损伤影响其承载安全性,为快速、准确对损伤位置进行识别,提出小波包与遗传算法优化BP神经网络相结合的井架钢结构损伤识别方法。首先利用小波包处理非平稳振动信号的优良性能对原始振动信号进行特征提取,获得表征井架钢结构损伤的信息;再通过特征参数建立数据集训练并测试井架钢结构损伤识别模型,该模型结合遗传算法自身特点改善了传统BP神经网络的不足。本文识别方法不需要损伤前的数据特征进行对比,便可对损伤位置进行确定。经过对石油井架钢结构模型实验验证:该方法对井架钢结构损伤识别准确率超过90%,相对于BP网络识别准确率以及识别速度均有所提高。

基于改进鲸鱼算法优化神经网络的GPS高程拟合方法

采取混沌映射和自适应惯性权重结合的策略对标准鲸鱼算法进行改进,从而提高算法的全局寻优能力和收敛速度,并针对BP神经网络的劣势,利用改进鲸鱼算法对BP神经网络进行优化处理。在此基础上建立改进鲸鱼算法优化BP神经网络的GPS高程异常拟合预测模型,并通过两组不同地形特征工程中的GPS数据对模型进行验证。结果表明,利用改进鲸鱼算法优化的BP模型进行GPS高程拟合时可取得更高的精度和稳定性。

基于BP神经网络算法的异步电机故障诊断系统研究

为了确保电机安全可靠地运行,研究了BP神经网络算法对异步电动机进行故障诊断。通过MATLAB平台,分别使用附加动量因子和自适应学习率两种梯度下降法进行网络训练,搭建故障诊断BP网络模型。以MSE值为指标优化最佳隐含层节点数、动量因子与学习率,并通过遗传算法来优化BP网络的初始权值,对故障测试样本进行仿真测试。结果表明,GA-BP网络模型比MF-BP和AG-BP的MSE值更低,仅为0.009163,优化后的诊断预测结果与目标值几乎没有差别。基于遗传算法改进的故障诊断系统模型能够满足异步电动机故障诊断的应用需求。

结合蚁群算法与单神经元电压环的变流器环流和均流控制

为更有效地解决并联变流器结构所导致的环流问题以及不均流问题,在采用基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)的环流控制器基础上,结合蚁群算法与单神经元电压环,设计了一种新型的电压环结构。先结合神经元网络算法和比例积分(proportional integral, PI)控制理论的特点,设计出可实时整定参数的单神经元电压环结构,再考虑蚁群算法具有优化参数的特点,综合考虑设计出这种新型的电压环结构。最后对并联的变流器结构进行仿真分析,通过和传统的电压环进行比较,对比结果说明了在新型电压环的作用下,环流得到很好的抑制,不均流问题也得以解决,这就验证了所设计的新型电压环的有效性。

BP神经网络算法在求解数学建模最优化问题中的应用

为了解决目标函数较为复杂、无法用初等函数表示的最优化问题,文章采用了结合BP神经网络与遗传算法的方法进行求解。求解过程分为两个模块:第一,利用BP神经网络算法确定目标函数的解析式;第二,利用遗传算法寻找目标函数的最优解。为验证该方法的可行性,文章对单变量和多变量两种情况进行了验证。

基于卷积神经网络算法的稀土酸度自动滴定技术研究

如今稀土产业发展迅速,市场需求越来越大,应用的范围也越来越广,需建立一个简便易操作且适用于测定各类稀土酸度的方法。目前传统稀土酸度检测方法存在效率低、准确度低、滴定终点差异大等问题,难以满足实时在线检测的需要。本文提出一种基于卷积神经网络算法的稀土酸度在线分析仪,可以助力在线检测的顺利进行。卷积神经网络算法是通过高清工业摄像头记录样品在滴定过程中的溶液颜色的变化,对溶液进行实时图像特征提取和学习,从而有效、准确地实现化学反应过程中溶液颜色的自动识别,配合步进电机和注射泵等部件实现自动滴定过程。图像识别本质上是对图像信息进行特征提取,而卷积神经网络算法有着传统识别方法不具备的优点,比如能够自行训练、识别速度更快、所需特征更少等。本仪器将自动滴定与卷积神经网络相结合,实现了滴定流程的自动化取样和前处理、滴定过程、终点判定等过程的一体化,且仪器能够同时进行五个样品的滴定试验,很大程度上提高了滴定效率和精度。

遗传算法优化BP神经网络在水质评价中的应用

通过对常规BP神经网络和遗传算法深入研究后,提出将二者结合起来,取长补短,并采用黄金分割算法确定神经网络模型隐含层节点数,借助MATLAB软件建立了遗传算法优化后的BP神经网络水质评价模型,解决了初始权值、阈值确定难,易陷入局部极值以及网络收敛慢等问题,同时结合2021年黄河上游部分断面地表水环境质量评价进行了实例仿真实验,验证了该模型的可行性和准确性。遗传算法优化后的BP神经网络不仅能从全局考虑污染因子对评价结果的影响,而且解决了常规BP神经网络易陷入局部极值的问题,提高了网络的识别精度,评价结果更准确,更符合实际水体情况,在一定程度上改善了传统评价方法的片面性和主观性,对现有的水环境质量评价方法的改进起到了积极作用。

基于递归神经网络算法的电子物流配送系统配送路径优化

传统电子物流配送系统无法有效优化配送路径,需要花费大量的时间进行路径搜索,从而导致分配成本的增加和效率的降低。因此,提出了递归神经网络算法(RNNs)的物流分布路径优化模型,并将递归模糊神经网络算、与布谷鸟搜索算法(CSA)与群体智能算法(ACO)进行电子商务物流分布路径比较。实验结果表明,递归模糊神经网络算法可以实现电子商务物流分布路径的优化,与群体智能算法和布谷鸟搜索算法相比,递归神经网络算法的最优路径长度分别减少3.7 km和3.5 km,并且在迭代200次数的条件下,递归神经网络算法可以获得最短配送路径。

基于神经网络与遗传算法的离心泵汽蚀性能优化设计

为了研究离心泵发生汽蚀过程时其内部流动规律和对其汽蚀性能的优化设计,在结合传统优化方法的基础上,提出神经网络与遗传算法结合的智能优化方法。通过Plackett-Burman试验设计从离心泵的叶轮进出口直径、进出口安放角、叶片数、叶片包角等7个设计参数中筛选出显著影响的3个优化设计变量。叶片出口宽度、叶片包角和叶轮出口直径3个优化设计变量,其影响汽蚀性能的显著性由大到小。运用拉丁超立方抽样方法抽取30组设计方案,分别进行数值模拟计算,得出相应的汽蚀余量值。建立神经网络模型,结合遗传算法在规定范围内进行寻优,得到最优设计变量组合及最优汽蚀余量值。取优化后的参数进行数值模拟计算,优化后的离心泵在相同工况下汽蚀余量降低了43.1%,说明优化后的离心泵抗汽蚀性能显著提高。

基于遗传算法的BP神经网络在轻质路基沉降预测中的应用

为更好地掌握轻质路基施工过程中的沉降变形情况,选取宁芜保通线部分轻质路基沉降监测数据,在BP(back propagation)神经网络模型的基础上,采用遗传算法对其进行优化,并将优化后的模型应用于轻质路基沉降预测。结果表明:遗传算法优化的BP神经网络在全局搜索能力和收敛能力方面具有明显优势;在轻质路基沉降预测任务中,多数预测结果的相对误差集中在更低的范围内,监测点1和监测点2预测结果的模型评价指标MAE、RMSE、MAPE分别为0.017 mm、0.021 mm、0.679%和0.013 mm、0.016 mm、1.395%,预测结果拟合程度高,误差小,模型泛化能力强。因此,遗传算法优化的BP神经网络的沉降预测模型具有可靠的预测效果与预测精度,在实际工程中可行性较高,可作为轻质路基沉降预测和预警的一种辅助手段。

基于多目标灰狼优化算法与RBF神经网络的真空灭弧室触头结构优化设计

在真空灭弧室触头开断过程中,合适的磁场分布有利于提高其开断性能;在合闸过程中,动、静触头间存在的电动斥力会导致触头出现弹跳现象。针对以上问题,首先建立了带铁芯式杯状纵磁触头的三维模型,进行了磁场分布与电动力的计算;为了进一步提高触头的性能,然后构建了以触头片开槽长度、开槽宽度、径向偏转角度、杯座斜槽高度及单个斜槽上下旋转角度为输入,电流峰值时刻触头间隙中心平面纵向磁场强度最大值、过零时刻中心点处磁滞时间、合闸时动静触头间的电动斥力分别为输出的RBF神经网络模型;最后结合RBF神经网络模型与多目标灰狼优化算法(MOGWO)对触头结构进行了优化。结果表明:与初始结构参数相比,当触头片开槽长度为19.74mm、宽度为3.94mm、径向偏转角为19.9°、杯座斜槽高度为18.0mm、斜槽上下旋转角为119.2°时,触头具有更好的磁场分布特性,且动、静触头间的电动斥力明显减小,有利于提高触头的工作性能。

基于遗传算法小波神经网络的光伏电站发电量预测方法

针对光伏电站发电量预测不准确及多种气象因素下预测结果出现波动的问题,提出一种基于遗传算法小波神经网络(GA-WNN)的光伏电站发电量预测方法。首先,以反向传播(BP)神经网络的结构为框架,选择小波基函数作为隐含层的传递函数,将网络连接权值、小波函数伸缩因子、小波函数平移因子视为遗传个体,并通过遗传算法(GA)进行个体寻优以得到网络最优初始参数;然后,利用优化后的网络进行仿真预测,并对仿真数据进行分析;最后,将预测结果与实际发电量进行对比,以评估预测模型的误差和可靠性。实例分析表明,GA-WNN预测模型具有更小的误差和更高的预测精度,适用于精确预测光伏电站的发电量。

煤矿采空区智能充填深度神经网络算法

【目的】采空区智能充填是煤炭资源绿色安全智能高效开采的重要方向,其关键在于对井下采空区矸石充填过程进行智能决策与控制。【方法】为实现该目标,以采空区充填后围岩应力及变形作为监测指标,建立了一种采空区智能充填深度神经网络算法,该算法可以通过输入煤层埋深、厚度、工作面长度、直接顶厚度等关键基本参数,进行相应条件下不同充填方案的采场应力及围岩变形计算分析。将FLAC3D模拟400种不同条件下的充填开采结果作为数据集,对建立的智能充填深度神经网络算法进行训练测试,并和其余3种不同算法进行对比分析。【结果】结果表明:建立的智能充填深度神经网络算法总体优于随机森林、决策树和多元线性回归算法,每组数据运算平均速度仅为0.013 s;智能充填深度神经网络算法计算的顶板最大变形、工作面煤壁压力峰值、巷道超前支护距离等关键参数误差均值介于2%~8%之间;应用该算法针对现场实际条件进行测试,结果与现场实际结果基本吻合,表明该算法科学可行。【结论】本研究对煤矿绿色智能开采具有重要意义与价值。

基于Apriori算法和改进剪枝算法研究针灸结合推拿治疗神经根型颈椎病的选穴配伍规律

目的:研究针灸结合推拿疗法治疗神经根型颈椎病的选穴规律及配伍特点,为临床治疗神经根型颈椎病提供参考依据。方法:检索2012年2月—2022年2月中国知网、万方数据库、维普数据库刊登的针灸结合推拿治疗神经根型颈椎病的相关文献,建立文献数据库与腧穴数据库,采用Vlookup函数和数据转置对腧穴数据进行分析,采用SPSSPRO频数分析得出高频腧穴,采用Apriori算法和改进剪枝算法进行关联规则分析,最后按照支持度、置信度和提升度进行深入分析。结果:共检索出文献414篇,最终纳入文献133篇。频次≥14次的腧穴共20个,排名前十的依次为风池穴、天宗穴、合谷穴、肩井穴、曲池穴、后溪穴、手三里穴、颈夹脊穴、外关穴、风府穴。使用频次≥14次的腧穴归经以手阳明大肠经、手太阳小肠经、足少阳胆经、督脉、经外奇穴、足太阳膀胱经、手少阳三焦经为主。设置最小支持度为20%,最小置信度为80%,关联规则为后项→前项,采用Apriori算法和改进剪枝算法对频次≥14次的20个腧穴进行关联规则分析,置信度排名前四的腧穴配伍组合分别为肩井、风府、后溪、外关→风池、天宗,肩井、风府、外关、曲池→风池、天宗,手三里、天宗、肩井、后溪→风池、曲池,肩井、后溪、天宗、风府→风池、外关。结论:针灸结合推拿治疗神经根型颈椎病选穴具有注重分经辨证,腧穴配伍侧重本经配穴,远近配穴与同名经配穴的规律特点。运用Apriori算法和改进剪枝算法可以有效挖掘针灸结合推拿治疗神经根型颈椎病的特点,具有较高的学习价值。