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Light gradient boosting machine with optimized hyperparameters for identification of malicious access in IoT network
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作者 Debasmita Mishra Bighnaraj Naik +3 位作者 Janmenjoy Nayak Alireza Souri Pandit Byomakesha Dash S.Vimal 《Digital Communications and Networks》 SCIE CSCD 2023年第1期125-137,共13页
In this paper,an advanced and optimized Light Gradient Boosting Machine(LGBM)technique is proposed to identify the intrusive activities in the Internet of Things(IoT)network.The followings are the major contributions:... In this paper,an advanced and optimized Light Gradient Boosting Machine(LGBM)technique is proposed to identify the intrusive activities in the Internet of Things(IoT)network.The followings are the major contributions:i)An optimized LGBM model has been developed for the identification of malicious IoT activities in the IoT network;ii)An efficient evolutionary optimization approach has been adopted for finding the optimal set of hyper-parameters of LGBM for the projected problem.Here,a Genetic Algorithm(GA)with k-way tournament selection and uniform crossover operation is used for efficient exploration of hyper-parameter search space;iii)Finally,the performance of the proposed model is evaluated using state-of-the-art ensemble learning and machine learning-based model to achieve overall generalized performance and efficiency.Simulation outcomes reveal that the proposed approach is superior to other considered methods and proves to be a robust approach to intrusion detection in an IoT environment. 展开更多
关键词 IoT security Ensemble method light gradient boosting machine machine learning Intrusion detection
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Coal Rock Condition Detection Model Using Acoustic Emission and Light Gradient Boosting Machine
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作者 Jing Li Yong Yang +2 位作者 Hongmei Ge Li Zhao Ruxue Guo 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2020年第4期151-162,共12页
Coal rock mass instability fracture may result in serious hazards to underground coal mining.Acoustic emissions(AE)stimulated by internal structure fracture should carry lots of favorable information about health cond... Coal rock mass instability fracture may result in serious hazards to underground coal mining.Acoustic emissions(AE)stimulated by internal structure fracture should carry lots of favorable information about health condition of rock mass.AE as a sensitive non-destructive test method is gradually utilized to detect anomaly conditions of coal rock.This paper proposes an improved multi-resolution feature to extract AE waveform at different frequency resolutions using Coilflet Wavelet Transform method(CWT).It is further adopt an efficient Light Gradient Boosting Machine(LightGBM)by several cascaded sub weak classifier models to merge AE features at different views of frequency for coal rock anomaly damage recognition.The results denote that the proposed method achieves excellent recognition performance on anomaly damage levels of coal rock.It is an effective method to detect the critical stability further to predict the rock mass bursting in time. 展开更多
关键词 Acoustic emission light gradient boosting machine coal rock stability
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A Hybrid Ensemble Learning Approach Utilizing Light Gradient Boosting Machine and Category Boosting Model for Lifestyle-Based Prediction of Type-II Diabetes Mellitus
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作者 Mahadi Nagassou Ronald Waweru Mwangi Euna Nyarige 《Journal of Data Analysis and Information Processing》 2023年第4期480-511,共32页
Addressing classification and prediction challenges, tree ensemble models have gained significant importance. Boosting ensemble techniques are commonly employed for forecasting Type-II diabetes mellitus. Light Gradien... Addressing classification and prediction challenges, tree ensemble models have gained significant importance. Boosting ensemble techniques are commonly employed for forecasting Type-II diabetes mellitus. Light Gradient Boosting Machine (LightGBM) is a widely used algorithm known for its leaf growth strategy, loss reduction, and enhanced training precision. However, LightGBM is prone to overfitting. In contrast, CatBoost utilizes balanced base predictors known as decision tables, which mitigate overfitting risks and significantly improve testing time efficiency. CatBoost’s algorithm structure counteracts gradient boosting biases and incorporates an overfitting detector to stop training early. This study focuses on developing a hybrid model that combines LightGBM and CatBoost to minimize overfitting and improve accuracy by reducing variance. For the purpose of finding the best hyperparameters to use with the underlying learners, the Bayesian hyperparameter optimization method is used. By fine-tuning the regularization parameter values, the hybrid model effectively reduces variance (overfitting). Comparative evaluation against LightGBM, CatBoost, XGBoost, Decision Tree, Random Forest, AdaBoost, and GBM algorithms demonstrates that the hybrid model has the best F1-score (99.37%), recall (99.25%), and accuracy (99.37%). Consequently, the proposed framework holds promise for early diabetes prediction in the healthcare industry and exhibits potential applicability to other datasets sharing similarities with diabetes. 展开更多
关键词 boosting Ensemble Learning Category boosting light gradient boosting machine
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基于改进GWO-LightGBM的磨煤机故障预警方法研究 被引量:2
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作者 陈思勤 周浩豪 茅大钧 《自动化仪表》 CAS 2024年第2期106-110,115,共6页
为提高燃煤电厂磨煤机运维效率、降低运维成本,对磨煤机故障预警进行了研究。创新性地提出一种基于改进灰狼优化(GWO)算法的轻量级梯度提升机(LightGBM)故障预警方法。通过建立LightGBM轴承温度预测模型获取磨煤机轴承温度阈值,并引入改... 为提高燃煤电厂磨煤机运维效率、降低运维成本,对磨煤机故障预警进行了研究。创新性地提出一种基于改进灰狼优化(GWO)算法的轻量级梯度提升机(LightGBM)故障预警方法。通过建立LightGBM轴承温度预测模型获取磨煤机轴承温度阈值,并引入改进GWO算法优化模型超参数,以提高算法效率和性能。试验结果表明,改进GWO-LightGBM算法相比支持向量机(SVM)等传统算法具有更高的精度和更优的泛化能力。通过实际故障案例证明,该方法能够提前2 h对磨煤机进行早期故障预警。该方法对燃煤电厂磨煤机安全运维具有指导意义。 展开更多
关键词 燃煤电厂 磨煤机 故障预警 改进灰狼优化算法 轻量级梯度提升机 滑动窗口法 Halton
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基于LightGBM的智能可穿戴设备用户行为预测
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作者 肖新元 《移动信息》 2024年第2期200-202,共3页
智能可穿戴设备产生的大量数据是人类宝贵的数字资源。使用开放数据集和主流数据分析工具,如可进行快速模型开发的PyCaret模块,有助于人们进行数据挖掘工作,且不被细节所困扰。作为Kaggle竞赛爱好者的常用工具,LightGBM分类器对用户行... 智能可穿戴设备产生的大量数据是人类宝贵的数字资源。使用开放数据集和主流数据分析工具,如可进行快速模型开发的PyCaret模块,有助于人们进行数据挖掘工作,且不被细节所困扰。作为Kaggle竞赛爱好者的常用工具,LightGBM分类器对用户行为的预测表现优异,对此文中的研究结果也得到验证。 展开更多
关键词 GBDT lightGBM PyCaret 机器学习
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Predicting rock size distribution in mine blasting using various novel soft computing models based on meta-heuristics and machine learning algorithms 被引量:5
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作者 Chengyu Xie Hoang Nguyen +3 位作者 Xuan-Nam Bui Yosoon Choi Jian Zhou Thao Nguyen-Trang 《Geoscience Frontiers》 SCIE CAS CSCD 2021年第3期458-472,共15页
Blasting is well-known as an effective method for fragmenting or moving rock in open-pit mines.To evaluate the quality of blasting,the size of rock distribution is used as a critical criterion in blasting operations.A... Blasting is well-known as an effective method for fragmenting or moving rock in open-pit mines.To evaluate the quality of blasting,the size of rock distribution is used as a critical criterion in blasting operations.A high percentage of oversized rocks generated by blasting operations can lead to economic and environmental damage.Therefore,this study proposed four novel intelligent models to predict the size of rock distribution in mine blasting in order to optimize blasting parameters,as well as the efficiency of blasting operation in open mines.Accordingly,a nature-inspired algorithm(i.e.,firefly algorithm-FFA)and different machine learning algorithms(i.e.,gradient boosting machine(GBM),support vector machine(SVM),Gaussian process(GP),and artificial neural network(ANN))were combined for this aim,abbreviated as FFA-GBM,FFA-SVM,FFA-GP,and FFA-ANN,respectively.Subsequently,predicted results from the abovementioned models were compared with each other using three statistical indicators(e.g.,mean absolute error,root-mean-squared error,and correlation coefficient)and color intensity method.For developing and simulating the size of rock in blasting operations,136 blasting events with their images were collected and analyzed by the Split-Desktop software.In which,111 events were randomly selected for the development and optimization of the models.Subsequently,the remaining 25 blasting events were applied to confirm the accuracy of the proposed models.Herein,blast design parameters were regarded as input variables to predict the size of rock in blasting operations.Finally,the obtained results revealed that the FFA is a robust optimization algorithm for estimating rock fragmentation in bench blasting.Among the models developed in this study,FFA-GBM provided the highest accuracy in predicting the size of fragmented rocks.The other techniques(i.e.,FFA-SVM,FFA-GP,and FFA-ANN)yielded lower computational stability and efficiency.Hence,the FFA-GBM model can be used as a powerful and precise soft computing tool that can be applied to practical engineering cases aiming to improve the quality of blasting and rock fragmentation. 展开更多
关键词 Mine blasting Rock fragmentation Artificial intelligence Hybrid model gradient boosting machine Meta-heuristic algorithm
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融合LightGBM的ResNeXt气象目标细粒度识别方法
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作者 欧阳彤 汪玲 +1 位作者 朱岱寅 李勇 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4034-4043,共10页
为精确识别气象目标与混杂其中的非气象目标,提出一种融合轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)与残差网络的残差网络(residual network of residual network:next generation,ResNeXt)的气象目标识别方法。首先... 为精确识别气象目标与混杂其中的非气象目标,提出一种融合轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)与残差网络的残差网络(residual network of residual network:next generation,ResNeXt)的气象目标识别方法。首先,制作块状样本数据集,以此数据集为驱动,建立以ResNeXt为基础的气象目标识别网络模型,实现以块状数据样本为识别单位的气象目标粗粒度识别,识别精度可达99.6%以上;然后,再将此粗粒度结果与参考数据的差异值纳入LightGBM分类器,得到以雷达采样单元为识别单位的细粒度识别结果。结合实际观测数据,证明所提方法融合了LightGBM细粒度识别与ResNeXt高精度识别的能力,能够完成气象目标与杂波的判别,判别结果与参考结果高度一致。结合实际观测数据,证明所提方法融合了LightGBM细粒度识别与ResNeXt高精度识别的能力,能够完成气象目标与杂波的判别,判别结果与参考结果高度一致。 展开更多
关键词 气象雷达 气象目标识别 残差网络 轻量级梯度提升机 融合 深度学习
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分布式光伏功率数据的IMOWOA和LightGBM混合虚拟采集方法 被引量:3
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作者 葛磊蛟 杜天硕 孙冰 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期1035-1046,I0015,共13页
点多面广、分散无序的分布式光伏电站规模化接入电网是我国新型电力系统向低碳演进的重要路径之一。低成本、高效率的分布式光伏电站数据获取是光伏电站开展精细化管理、精益化运维的重要基础。为此,该文提出一种基于改进多目标鲸鱼优... 点多面广、分散无序的分布式光伏电站规模化接入电网是我国新型电力系统向低碳演进的重要路径之一。低成本、高效率的分布式光伏电站数据获取是光伏电站开展精细化管理、精益化运维的重要基础。为此,该文提出一种基于改进多目标鲸鱼优化算法(improved multi-objective whale optimization algorithm,IMOWOA)与轻量梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)的分布式光伏数据虚拟采集方案。针对虚拟采集区域划分难题,该方案首先在网格化区域划分的基础上提出一种自编码器相似性分析方法,获取满足相似性需求的光伏电站集;为解决参考电站集选择难题,提出一种改进的多目标鲸鱼优化算法,提高算法的全局搜索能力,基于区域内光伏电站的历史功率数据,同时对参考电站子集与LightGBM超参数进行优化,从而实现仅选取部分分布式光伏电站安装完备的数据采集装置,完成区域范围内所有电站功率数据的高精度虚拟采集。最后,以我国江苏省某区域范围内的29个分布式光伏电站为算例进行分析,验证提出的方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 分布式光伏 虚拟采集 鲸鱼优化算法 轻量梯度提升机 多目标优化
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基于LightGBM模型的甘肃省临夏县滑坡易发性评价
9
作者 何哲 石玉玲 +2 位作者 李富春 贾卓龙 晏长根 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期197-205,216,共10页
甘肃省临夏县地质环境复杂,滑坡灾害发育,对当地居民生产生活造成严重威胁,亦对工程建设的开展造成一定阻碍,因此,选取高效准确的机器学习方法对临夏县进行滑坡易发性评价具有重大意义。首先依据遥感影像和野外勘察资料,选取了1718处滑... 甘肃省临夏县地质环境复杂,滑坡灾害发育,对当地居民生产生活造成严重威胁,亦对工程建设的开展造成一定阻碍,因此,选取高效准确的机器学习方法对临夏县进行滑坡易发性评价具有重大意义。首先依据遥感影像和野外勘察资料,选取了1718处滑坡样本,遴选了滑坡灾变的16种影响因子并建立滑坡影响因子评价体系;再结合预测精度和运行时间等指标对比了轻量级梯度提升机(LightGBM)模型与主流机器学习模型的性能;最后利用混淆矩阵分级方法进行了基于LightGBM模型的临夏县滑坡易发性评价。结果表明:临夏县重要滑坡影响因子为地表植被和地形地貌因子,其中土地覆盖为最主要影响因子;LightGBM模型预测精度高达0.931,且运行速度仅为11.7 s,既能保证高精度又极大提升了运行效率;在抽稀后的数据集上,LightGBM模型的预测表现、校准程度和分级结果均优于随机森林(RF)模型;混淆矩阵分级法的较高和高易发区内滑坡分布更为集中,在14.94%的区域内分布着86.86%的滑坡灾害点。滑坡易发性评价结果较好地反映了研究区内滑坡分布发育情况,可为当地工程建设及防灾减灾工作提供一定指导。 展开更多
关键词 滑坡 易发性评价 轻量级梯度提升机 机器学习 甘肃省临夏县
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一种基于TCN-LGBM的航空发动机气路故障诊断方法 被引量:3
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作者 吕卫民 孙晨峰 +2 位作者 任立坤 赵杰 李永强 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期253-263,共11页
长时间工作在高温高压、强振动等恶劣气路环境下的航空发动机经常面临部件疲劳、腐蚀和性能退化的问题,且其故障诊断时序逻辑性不强、故障参数耦合较深等特点十分明显,为此提出一种基于时间卷积神经网络(Temporal Convolutional Network... 长时间工作在高温高压、强振动等恶劣气路环境下的航空发动机经常面临部件疲劳、腐蚀和性能退化的问题,且其故障诊断时序逻辑性不强、故障参数耦合较深等特点十分明显,为此提出一种基于时间卷积神经网络(Temporal Convolutional Network,TCN)和轻量级梯度提升机(Light Gradient Boosting Machine,LGBM)的航空发动机气路故障诊断方法。故障诊断分为故障特征提取和分类诊断两个过程:引入TCN框架,在保证故障数据训练时序逻辑的基础上,实现对远层历史信息和当前层信息的特征融合构建,融合通道注意力机制增强了高质量特征的权重;基于LGBM模型实现对特征的快速分类,利用贝叶斯方法实现对模型超参数的快速优化。以基于PROOSIS软件建模的某军用小涵道比涡扇发动机故障仿真数据为例,对6种故障模式进行诊断识别。仿真结果表明了所提方法的有效性;通过与其他模型对比体现了该方法的优越性。 展开更多
关键词 航空发动机 故障诊断 时间卷积神经网络 轻量级梯度提升机 注意力机制
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基于VMD与优化LightGBM的混凝土拱坝变形预测
11
作者 董志豪 赵二峰 +3 位作者 刘峰 宋桂华 吴斌庆 黎祎 《水电能源科学》 北大核心 2024年第8期132-136,共5页
变形是反映混凝土拱坝安全运行状态的重要指标,因此变形预测模型的研究对拱坝结构健康评价具有重要意义。为充分挖掘拱坝变形监测数据的有效信息,提高监控模型的预测精度,提出一种基于变分模态分解与优化LightGBM的混凝土拱坝变形预测... 变形是反映混凝土拱坝安全运行状态的重要指标,因此变形预测模型的研究对拱坝结构健康评价具有重要意义。为充分挖掘拱坝变形监测数据的有效信息,提高监控模型的预测精度,提出一种基于变分模态分解与优化LightGBM的混凝土拱坝变形预测模型。首先,采用VMD将变形实测数据分解为多个模态分量;其次,引入改进灰狼算法与LightGBM相结合建立混凝土拱坝变形预测模型;随后,对模态分量进行单独建模和预测,最后叠加以得到最终的预测结果。工程实例分析表明,通过有效地分解重构,构建的变形预测模型具有较高的预测精度和泛化性能。 展开更多
关键词 变形预测 变分模态分解 改进灰狼算法 轻量梯度提升机
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基于注意力机制和LSTM-LightGBM的特高压直流输电线路可听噪声无效数据清洗方法
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作者 吴海荣 李振华 +1 位作者 程紫熠 张传计 《南方电网技术》 CSCD 北大核心 2024年第8期115-123,140,共10页
特高压直流输电线路可听噪声试验过程中,外界环境的突发性干扰会使实验数据中掺杂较多的无效数据,严重影响后续的数据分析。提出了一种基于注意力机制(attention mechanism,AM)和长短时记忆网络-轻量级梯度提升机(long short-term memor... 特高压直流输电线路可听噪声试验过程中,外界环境的突发性干扰会使实验数据中掺杂较多的无效数据,严重影响后续的数据分析。提出了一种基于注意力机制(attention mechanism,AM)和长短时记忆网络-轻量级梯度提升机(long short-term memory network-light gradient boosting machine,LSTM-LightGBM)的输电线路可听噪声无效数据清洗方法。首先,针对可听噪声数据的非线性、高维时序冗余特征等特点,以LSTM神经网络为基础进行特征提取;同时,引入特征维度注意力机制,自适应地分配权重来刻画关键特征信息的表达能力;进而,利用LightGBM对提取到的特征进行分类,检测出无效数据;然后,以某特高压直流输电线路实测可听噪声数据试验分析,结果表明该方法的检测精准率为95.55%,召回率为97.73%,F1分数为0.9663,均优于对比实验模型;最后,将无效数据删除并使用均值插补法填补,无效数据清洗后数据的50%值和95%值基本不变,仅降低无效数据的最大值和5%值。该算法对提高输电线路可听噪声数据的可靠性具有一定参考意义。 展开更多
关键词 输电线路 可听噪声 长短时记忆网络 注意力机制 轻量级梯度提升机 无效数据
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基于LightGBM的贵阳市气溶胶光学厚度反演
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作者 普莉兰 张显云 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2024年第2期232-242,共11页
为充分挖掘国产高分四号卫星(GF-4)的环境监测能力,克服基于查找表方法反演气溶胶光学厚度(AOD)的复杂性和弥补贵阳市无气溶胶监测站点的缺陷,并提升MODISAOD产品的时空分辨率,利用贵阳市研究区的高程数据和GF-4多光谱成像仪(PMS)数据... 为充分挖掘国产高分四号卫星(GF-4)的环境监测能力,克服基于查找表方法反演气溶胶光学厚度(AOD)的复杂性和弥补贵阳市无气溶胶监测站点的缺陷,并提升MODISAOD产品的时空分辨率,利用贵阳市研究区的高程数据和GF-4多光谱成像仪(PMS)数据提取的地表反射率、太阳天顶角、卫星天顶角、相对方位角和归一化植被指数作为特征变量,以MODIS气溶胶产品为标签,基于LightGBM算法构建了贵阳市AOD反演模型。研究结果表明:该模型能够基于GF-4 PMS单时相遥感数据实现较高精度的AOD智能反演,极大简化了AOD反演步骤,且具有较高的建模精度(平均绝对误差E_(MA)、均方根误差E_(RMS)、决定系数R^(2)分别为0.042、0.057、0.751)和预测精度(城区:E_(MA)=0.077,E_(RMS)=0.086;非城区:E_(MA)=0.094,E_(RMS)=0.101),AOD预测值和MODIS AOD具有相似的变化趋势,皮尔逊相关系数为0.697。 展开更多
关键词 高分四号 中分辨率成像光谱仪 气溶胶光学厚度 轻量级梯度提升模型 贵阳市
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基于DGA与TPE-LightGBM的变压器故障诊断
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作者 杨金鑫 廖才波 +3 位作者 胡雄 朱文清 张旭 刘邦 《电力科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期70-77,共8页
油中溶解气体分析(dissolved gas analysis,DGA)对变压器故障的早期预警及诊断具有重要意义。为了提升变压器故障诊断的准确性及可靠性,提出一种基于树结构概率密度估计(tree-structured parzen estimator,TPE)算法优化轻量级梯度提升机... 油中溶解气体分析(dissolved gas analysis,DGA)对变压器故障的早期预警及诊断具有重要意义。为了提升变压器故障诊断的准确性及可靠性,提出一种基于树结构概率密度估计(tree-structured parzen estimator,TPE)算法优化轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)的变压器故障诊断方法。首先,建立包含油中气体比值、编码等16维DGA特征集合,采用最小绝对收缩和选择(least absolute shrinkage and selection opera-tor,LASSO)算法选择用于变压器故障诊断的有效特征量;其次,构建基于LightGBM的变压器故障诊断方法,并引入TPE算法对LightGBM诊断模型参数进行优化,形成最优故障诊断模型;最后,选用精确度、召回率和F1分数等评价指标对所提诊断模型性能进行评估。研究结果表明,TPE-LightGBM的平均准确率为90.23%,其诊断精度及鲁棒性均优于RF和XGBoost等算法。同时,与现场常用的三比值法进行对比,所提方法的准确性和可靠性均有显著提升。该方法可有效提升电力变压器的智能运维水平。 展开更多
关键词 变压器 油中溶解气体 故障诊断 树结构概率密度估计 LASSO算法 轻量级梯度提升机
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基于SAO-LightGBM算法的致密砂岩储层孔隙度预测方法
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作者 李庆 龙训荣 +2 位作者 吴秀慧 程子洋 杨天翔 《天然气技术与经济》 2024年第4期9-14,86,共7页
孔隙度是评价储层物性的关键参数,四川盆地中部NC地区钻井取心资料有限,储层孔隙度直接获取难度大,而基于常规测井资料的传统孔隙度预测方法误差大、精度低。为了明确NC地区致密砂岩气藏储层物性特征,以上三叠统须家河组四段储层为研究... 孔隙度是评价储层物性的关键参数,四川盆地中部NC地区钻井取心资料有限,储层孔隙度直接获取难度大,而基于常规测井资料的传统孔隙度预测方法误差大、精度低。为了明确NC地区致密砂岩气藏储层物性特征,以上三叠统须家河组四段储层为研究对象,提出了一种改进的机器学习算法SAO-LightGBM;使用该算法分析了孔隙度与地球物理测井参数之间的深层次潜在关系,指出了研究区储层孔隙度与声波时差、密度、中子孔隙度、地层电阻率和自然伽马具有较强的相关性,并基于以上测井参数建立了孔隙度预测模型。研究结果表明:①采用SAO优化算法独特的双重种群机制、高效的探索与利用策略,可以快速寻找到LightGBM的最优超参数组合,提升了模型的预测能力;②在测试数据集上,SAO-LightGBM的平均绝对误差为3.37%,决定系数为0.92。结论认为,较之于其他常规模型,SAO-LightGBM具有更为可靠的预测能力,能够高效完成目标层位孔隙度的预测工作,对NC地区的储层研究和后期勘探开发具有指导作用。 展开更多
关键词 致密砂岩 孔隙度 雪消融优化算法 轻量梯度提升机 机器学习算法 预测模型
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Explainable machine learning model for predicting molten steel temperature in the LF refining process
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作者 Zicheng Xin Jiangshan Zhang +5 位作者 Kaixiang Peng Junguo Zhang Chunhui Zhang Jun Wu Bo Zhang Qing Liu 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第12期2657-2669,共13页
Accurate prediction of molten steel temperature in the ladle furnace(LF)refining process has an important influence on the quality of molten steel and the control of steelmaking cost.Extensive research on establishing... Accurate prediction of molten steel temperature in the ladle furnace(LF)refining process has an important influence on the quality of molten steel and the control of steelmaking cost.Extensive research on establishing models to predict molten steel temperature has been conducted.However,most researchers focus solely on improving the accuracy of the model,neglecting its explainability.The present study aims to develop a high-precision and explainable model with improved reliability and transparency.The eXtreme gradient boosting(XGBoost)and light gradient boosting machine(LGBM)were utilized,along with bayesian optimization and grey wolf optimiz-ation(GWO),to establish the prediction model.Different performance evaluation metrics and graphical representations were applied to compare the optimal XGBoost and LGBM models obtained through varying hyperparameter optimization methods with the other models.The findings indicated that the GWO-LGBM model outperformed other methods in predicting molten steel temperature,with a high pre-diction accuracy of 89.35%within the error range of±5°C.The model’s learning/decision process was revealed,and the influence degree of different variables on the molten steel temperature was clarified using the tree structure visualization and SHapley Additive exPlana-tions(SHAP)analysis.Consequently,the explainability of the optimal GWO-LGBM model was enhanced,providing reliable support for prediction results. 展开更多
关键词 ladle furnace refining molten steel temperature eXtreme gradient boosting light gradient boosting machine grey wolf op-timization SHapley Additive exPlanation
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Classification of aviation incident causes using LGBM with improved cross-validation
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作者 NI Xiaomei WANG Huawei +1 位作者 CHEN Lingzi LIN Ruiguan 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE CSCD 2024年第2期396-405,共10页
Aviation accidents are currently one of the leading causes of significant injuries and deaths worldwide. This entices researchers to investigate aircraft safety using data analysis approaches based on an advanced mach... Aviation accidents are currently one of the leading causes of significant injuries and deaths worldwide. This entices researchers to investigate aircraft safety using data analysis approaches based on an advanced machine learning algorithm.To assess aviation safety and identify the causes of incidents, a classification model with light gradient boosting machine (LGBM)based on the aviation safety reporting system (ASRS) has been developed. It is improved by k-fold cross-validation with hybrid sampling model (HSCV), which may boost classification performance and maintain data balance. The results show that employing the LGBM-HSCV model can significantly improve accuracy while alleviating data imbalance. Vertical comparison with other cross-validation (CV) methods and lateral comparison with different fold times comprise the comparative approach. Aside from the comparison, two further CV approaches based on the improved method in this study are discussed:one with a different sampling and folding order, and the other with more CV. According to the assessment indices with different methods, the LGBMHSCV model proposed here is effective at detecting incident causes. The improved model for imbalanced data categorization proposed may serve as a point of reference for similar data processing, and the model’s accurate identification of civil aviation incident causes can assist to improve civil aviation safety. 展开更多
关键词 aviation safety imbalance data light gradient boosting machine(lgbm) cross-validation(CV)
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特征提取及数据扩充的GA-LightGBM半导体质量检测方法
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作者 程云飞 周丽芳 +2 位作者 赵波 谭佳伟 王淑影 《重庆邮电大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2024年第2期351-356,共6页
半导体质量检测数据具有的“相关性、冗余性、不平衡性”等特点,导致传统的分类算法效率较低,为此,提出一种基于特征提取及数据扩充的GA-LightGBM(genetic algorithm-light gradient boosting machine)质量检测方法。通过结合主成分分析... 半导体质量检测数据具有的“相关性、冗余性、不平衡性”等特点,导致传统的分类算法效率较低,为此,提出一种基于特征提取及数据扩充的GA-LightGBM(genetic algorithm-light gradient boosting machine)质量检测方法。通过结合主成分分析(principal component analysis,PCA)、合成少数类过采样技术(synthetic minority oversampling technique,SMOTE)、遗传算法和LightGBM这4种方法,实现对产品质量的有效识别。实验结果表明,相较于传统分类算法,提出的方法可以有效提升质量检测的效率。 展开更多
关键词 质量检测 主成分分析 合成少数类过采样技术 GA-lightGBM
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基于Hyperopt-LightGBM的直流配电网短期负荷抗噪声预测
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作者 韩璟琳 冯喜春 +2 位作者 胡平 陈志永 李光毅 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4902-4911,I0007-I0009,共13页
为提升直流配电网中的短期负荷预测准确性与抗噪性,提出了一种基于超参数优化(hyperparameter op-timization,Hyperopt)-轻量型梯度提升机(light gradient machine,LightGBM)的短期负荷抗噪声预测模型。首先,以环形中压直流配电网为场景... 为提升直流配电网中的短期负荷预测准确性与抗噪性,提出了一种基于超参数优化(hyperparameter op-timization,Hyperopt)-轻量型梯度提升机(light gradient machine,LightGBM)的短期负荷抗噪声预测模型。首先,以环形中压直流配电网为场景,分析4种负荷的基本特征及其与历史数据(记为影响因素)的相关性,通过将相关性较强的影响因素作为输入,避免预测模型过拟合现象,从而提高负荷预测准确性及模型训练效率。然后,构建基于Hyperopt-LightGBM的中压直流配电网短期负荷预测模型,通过训练强学习器提高模型的抗噪性,进一步提高短期负荷预测准确性;通过Hyperopot提高模型自适应性,减轻人工调参负担。最后,基于直流配电网的4种负荷数据验证所提模型的有效性,不同预测模型下4种负荷的平均预测误差分别为:≤1.6%(所提模型),≤2.1%(极限梯度提升机模型),≤2%(随机森林模型)和≤4.1%(梯度提升决策树模型);不同噪声比下所提模型预测准确性>95%,且均高于传统模型。上述结果表明所提模型预测准确性更高、抗噪性及自适应性更好。 展开更多
关键词 中压直流配电网 短期负荷预测 样本噪声 超参数优化 轻量型梯度提升机
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基于LightGBM算法和出行链理论的电动汽车充电负荷多时间尺度预测模型
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作者 庞松岭 范凯迪 +1 位作者 陈超 窦洁 《汽车技术》 CSCD 北大核心 2024年第6期9-16,共8页
为提高电动汽车充电负荷预测的准确性,设计了一种基于轻量级梯度提升机(LightGBM)算法和出行链理论的电动汽车充电负荷多时间尺度预测模型。利用出行链描述用户出行过程,采用蒙特卡洛法抽取时空数据,计算不同区域出行和停留时间的概率... 为提高电动汽车充电负荷预测的准确性,设计了一种基于轻量级梯度提升机(LightGBM)算法和出行链理论的电动汽车充电负荷多时间尺度预测模型。利用出行链描述用户出行过程,采用蒙特卡洛法抽取时空数据,计算不同区域出行和停留时间的概率密度函数,采用牛顿法划分多时间尺度充电概率,明确驾驶时空分布与充电状况,并运用模糊数学定理与LightGBM分类充电负荷数据,构建了多季节多时段预测模型。采用LightGBM高效并行计算模式,明确充电负荷变化规律,实现了多时间尺度预测。试验结果表明:所建立的模型在不同季节和电动汽车数量条件下,预测误差低于100 kW,预测空报率低于3%,可准确展现充电负荷的变化规律。 展开更多
关键词 轻量级梯度提升机 出行链理论 充电负荷 多时间尺度 预测模型
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