Locally linear embedding-based seismic attribute extraction and applications

How to extract optimal composite attributes from a variety of conventional seismic attributes to detect reservoir features is a reservoir predication key,which is usually solved by reducing dimensionality.Principle component analysis（PCA） is the most widely-used linear dimensionality reduction method at present.However,the relationships between seismic attributes and reservoir features are non-linear,so seismic attribute dimensionality reduction based on linear transforms can＇t solve non-linear problems well,reducing reservoir prediction precision.As a new non-linear learning method,manifold learning supplies a new method for seismic attribute analysis.It can discover the intrinsic features and rules hidden in the data by computing low-dimensional,neighborhood-preserving embeddings of high-dimensional inputs.In this paper,we try to extract seismic attributes using locally linear embedding（LLE）,realizing inter-horizon attributes dimensionality reduction of 3D seismic data first and discuss the optimization of its key parameters.Combining model analysis and case studies,we compare the dimensionality reduction and clustering effects of LLE and PCA,both of which indicate that LLE can retain the intrinsic structure of the inputs.The composite attributes and clustering results based on LLE better characterize the distribution of sedimentary facies,reservoir,and even reservoir fluids.

Fault Detection Based on Incremental Locally Linear Embedding for Satellite TX-I

A fault detection method based on incremental locally linear embedding(LLE)is presented to improve fault detecting accuracy for satellites with telemetry data.Since conventional LLE algorithm cannot handle incremental learning,an incremental LLE method is proposed to acquire low-dimensional feature embedded in high-dimensional space.Then,telemetry data of Satellite TX-I are analyzed.Therefore,fault detection are performed by analyzing feature information extracted from the telemetry data with the statistical indexes T2 and squared prediction error(SPE)and SPE.Simulation results verify the fault detection scheme.

基于RLLE算法的脑力负荷分类

近年来,随着人工智能领域技术的不断发展,脑机接口(brain-computer interface,BCI)吸引了更多学者的关注。实时监测高强度脑力工作者的脑力负荷水平并根据其任务做出动态调整是保护国家财产和操作人员安全的重要手段。研究表明由脑电图(electroencephalogram,EEG)提取的特征功率谱密度对于脑力负荷的变化比较敏感,但由于其维数过高,容易造成数据灾难。传统的主成分分析降维(principal component analysis,PCA)算法会损失数据的部分非线性特征。局部线性嵌入(locally linear embedding,LLE)是常用的非线性降维算法,但该算法对噪声的敏感性高,降维结果受参数影响较大。稳健局部线性嵌入算法RLLE(robust locally linear embedding),在LLE优化权重矩阵时添加了正则项优化,不仅增强了模型的抗噪能力,也解决了解模型过程中可能会出现的矩阵病态和奇异性问题。实验结果表明,经过RLLE降维后的数据使用支持向量机(support vector machine,SVM)分类精度普遍高于经过PCA和LLE的降维方式,具有更强的抗干扰能力。

基于LLE和SVM的地震断层自动识别方法

传统地震资料的断层解释主要依靠解释者的知识和经验,存在工作量大、效率低的问题。基于机器学习的断层识别方法,可以融合已有的地质资料、解释人员的知识和经验,构建高质量的数据集,增加解释的准确率。为了提高机器学习方法断层解释的准确率,构建基于局部线性嵌入(LLE)和支持向量机(SVM)算法的断层识别方法。首先,介绍了LLE和SVM算法的基本原理,说明各算法的计算过程和主要参数;然后建立断层正演模型,分析不同属性的断层响应特征,针对训练数据集中多种地震属性之间的信息冗余,分别通过LLE和主成分分析(PCA)2种算法对地震属性数据进行降维,引入的量化指标计算结果表明LLE算法对于非线性数据体有较好的降维效果;利用西上庄井田6条巷道、5口钻井揭露的11854个已知构造信息的数据点,分别训练SVM,PCA-SVM和LLE-SVM断层识别模型;以准确率A、查全率R、查准率P、F作为模型的衡量标准,对比各模型在工区数据上的预测分类性能;其中,LLE-SVM模型综合表现最佳,查准率可达94.4%,远高于其他模型;最后,利用构建的各模型对整个工区进行预测,并结合实际揭露情况和人机交互解释结果进行分析。综合结果表明,基于LLE和SVM的断层识别方法在去除冗余信息的同时能够有效突出断层响应特征,减少主观人为因素的影响,提高断层解释的效率。

基于LLE的边缘保持图像平滑算法

现有全局优化算法都使用不同范数约束输出图像梯度来实现图像平滑,但会牺牲图像中的弱结构信息来达到较好的平滑性能,导致输出图像出现颜色失真和细节模糊的情况。针对上述问题,提出一种基于LLE的边缘保持图像平滑算法(edge preserving image smoothing algorithm based on LLE,Ep-LLE),引入局部线性嵌入(LLE)的思想作为优化函数的正则化项并采用L_(2)范数进行惩罚。该方法利用图像局部区域内像素存在的相互关系,通过约束局部相似以实现图像平滑任务。最后通过各个算法的实验对比验证,基于LLE的边缘保持图像平滑算法能在实现图像边缘保持平滑的同时,保留图像局部结构特征,并有效避免区域内颜色一致导致的边缘阶梯状现象,避免图像颜色失真。

融合邻域分布LLE算法轴承故障信号检测

针对降维算法局部线性嵌入算法LLE(Local Linear Embedding)未能充分保留高维数据中邻域之间的结构的问题,提出了一种新的融合邻域分布属性的局部线性嵌入算法。该算法通过计算每个样本数据的邻域分布以及KL(Kullback-Leibler)散度度量不同邻域点与其中心样本各自的近邻分布差异,并利用其差值优化重构的权重系数,从而获得更精确的低维电机数据。通过可视化、Fisher测量和识别精度3个评价结果验证了该算法挖掘电机轴承检测数据高维结构的有效性。

基于LLE-FOA-SVR模型的煤矿突水预测

针对煤矿突水预测精度低、训练速度慢的问题,提出基于局部线性嵌入(LLE)—果蝇优化算法(FOA)—支持向量回归(SVR)的煤矿突水预测模型。首先,利用LLE在非线性数据特征提取方面的优势,提取煤矿突水影响因素原始数据的本质特征,形成重构因子,减少数据间的冗余信息和噪声。然后,利用FOA对SVR的参数进行迭代优化,并将最优参数代入SVR中,以解决传统SVR参数优化困难的问题。最后,结合实例并将LLE-FOA-SVR模型的预测结果与反向传播(BP)、SVR、LLE-SVR模型的预测结果进行对比。实验结果表明:该模型的预测精度高于其他3种模型,预测精度可达90%,且建模时间和运算时间更短。

基于改进LLE-LSTM的化工过程故障诊断

针对化工生产过程数据多样性、高维性以及相似性的特点,传统的局部线性嵌入难以发掘数据高维非线性、不均匀特征的问题,本文提出一种改进LLE-LSTM算法。首先,运用改进LLE算法求出样本集的协方差矩阵,计算权重系数矩阵,将样本集映射到低维空间。其次,将重构的低维样本集输入LSTM模型,进一步提取样本特征。最后,对故障类型进行诊断和分类。将该方法应用到田纳西-伊斯曼(TE)过程,实验结果表明该方法具有更高的准确性和优越性。

局部线性下的函数型主成分聚类算法

函数型聚类分析在统计学领域被广泛关注,其分析过程通常在降维目标实现后进行。为了有效解决函数型主成分聚类问题,文章结合局部线性嵌入算法(Locally Linear Embedding,LLE)在非线性空间下的适用性,提出了一种局部线性下的函数型主成分分析模型(LLE Function Principle Component Analysis,LFPCA)。首先,采用函数型主成分分析法作为降维目标方法,改进了FPCA的算法模型,通过将LLE算法的权重系数矩阵与函数型主成分定义相结合,构建出一个适用于非线性空间下的聚类算法;其次,在求解算法的过程中定义了函数型主成分得分,并结合EM算法构建出GMM模型来近似函数型算法的概率密度函数,使模型更高效且适用性更强;最后,通过随机模拟实验及应用分析验证了LFPCA算法模型在真实数据集上具有良好的聚类效能。

基于Hessian局部线性嵌入和MLP-Mixer的液体火箭发动机涡轮泵轻量化故障诊断框架

作为液体火箭发动机推进剂输送系统的关键部件,涡轮泵的运行状态直接影响着整个运载系统的性能,然而,现有的故障诊断方法往往面临特性参数选择片面及计算复杂度高等问题。针对上述局限,提出了面向涡轮泵的轻量化故障诊断框架。所提方法利用Hessian局部线性嵌入算法对信号时域、频域及时频特征进行降维,并引入一种轻量化的深度学习模型MLP-Mixer作为分类器,进而实现不同故障状态的辨识。采用某型号涡轮泵试车数据验证了所提方法的有效性,结果表明,该方法能够在保障诊断精度的同时有效降低计算复杂度,提高诊断效率。

考虑起飞工况的航空发动机性能退化预测研究

针对现阶段航空发动机性能退化建模研究没有考虑起飞工况的影响问题,提出了基于修正的非线性维纳过程发动机性能退化建模方法。该方法结合了同类型号发动机的历史性能退化数据与个体发动机的实时退化和工况数据。首先,考虑发动机每次起飞的工况不同,把工况修正引入非线性维纳过程建立发动机的性能退化模型。然后利用极大似然估计方法求得退化模型离线估计值,基于贝叶斯理论对退化参数进行在线更新,最后基于局部线性嵌入算法,对工况参数进行融合构建工况因子,修正退化参数,实现了基于起飞工况的单台发动机性能退化预测。结果表明,采用融合工况因子修正模型,与未修正和压比修正模型相比,平均绝对百分比误差分别降低1.50%和1.01%。证明融合工况因子修正模型能降低发动机起飞工况差异和仅用单工况参数修正所造成的预测误差,可以用来辅助指导下发决策。

基于共享近邻加权局部线性嵌入的轴承故障诊断

针对传统局部线性嵌入算法在挖掘局部流形结构时未充分考虑样本邻居分布信息,且在降维过程中默认样本具有相同的重要性导致提取鉴别特征不明显的问题,提出基于共享近邻的加权局部线性嵌入(weighted local linear embedding based on shared neighbors,SN-WLLE)算法,并用于滚动轴承故障诊断.该算法首先使用余弦距离划分样本邻域;其次计算样本邻域对相似度用以评估样本共享近邻信息,并结合样本的6种邻居分布修正局部结构挖掘,提高多共享近邻的k近邻重构准确性;接着从多流形的角度评估样本点与近邻点间的稀疏分布一致性,以获得样本的重要性指标,并在低维空间保持该信息,进而提取准确的鉴别特征;最后结合KNN分类器构建出完备的轴承故障诊断模型.采用凯斯西储大学轴承数据集和实验室测试平台轴承数据集,从可视化评估、定量聚类评估、故障识别精度评估及鲁棒性评估等方面进行分析.结果表明:SN-WLLE算法的F值保持在108以上水准,平均故障识别精度最低可达0.9734,不仅具有较好的类内紧致性与类间可分性,还对近邻参数k具有低敏感性.

基于正交迭代的增量LLE算法

LLE(Locally Linear Embedding)算法是一种较好的流形学习算法,但它只能以批处理的方式进行.只要有新的样本加入,就必须重作该算法的全部内容,而原处理结果被全部丢弃.本文提出了一种基于正交迭代的增量LLE算法,能有效地利用前面的处理结果,实现增量处理.实验表明该算法是有效的.

基于分维LLE和Fisher判别的故障诊断方法

针对非线性系统故障诊断难以解决的问题,通过改进的局部线性嵌入映射算法解决了非线性数据的特征映射问题。首先,通过线性拟合改进了基于分形维估计的内在维数的估计。然后,将故障状态与空间分布结合起来,通过确定数据点在空间超球内的分布完成故障的检测,在这个过程中将超球的确定与LLE算法中基于核函数的样本外数据扩展结合起来,大大减少了计算量,提高了算法的实时性。然后,利用Fisher判别分析进行故障匹配,通过计算最优的投影向量与历史故障数据投影向量的相似度的计算,完成故障识别,从而为复杂非线性系统故障诊断提供了一种新的有效的方法。

基于D-LLE算法的多特征植物叶片图像识别方法

为了提高植物叶片图像识别的准确率,提出一种基于差异性值监督局部线性嵌入(D-LLE)算法的多特征植物叶片图像识别方法。该方法提取叶片的颜色、形状和纹理作为叶片多特征,在加权局部线性嵌入(WLLE)算法中引入样本的差异性值构成差异性值监督LLE算法(D-LLE)对叶片高维特征进行降维,在低维空间采用最近邻分类器实现叶片的识别。该方法所用的叶片多特征比单一特征像素值更能描述叶片图像,同时差异性值能够充分挖掘样本的类别信息。基于实拍的叶片图像数据库的实验结果表明,该方法有效提高了叶片的识别精度。

基于聚类和改进距离的LLE方法在数据降维中的应用

局部线性嵌入算法(locallylinearembedding,LLE)是解决降维的方法,针对LLE计算速度和近邻点个数K的选取,研究了该方法的扩展,提出了基于聚类和改进距离的LLE方法·基于聚类LLE方法大大缩减了计算LLE方法的时间;改进距离的LLE方法在近邻点个数取值比较小时的情况下,可得到良好的效果,而原始的LLE方法要达到相同的效果,近邻点个数K的取值通常要大很多·同时,改进距离的LLE方法可以模糊近邻点个数选取·实验结果表明,基于聚类和改进距离相结合的LLE方法相比原来的LLE方法大大提高了降维速度和扩大了参数K的选取·

基于LLE的彩色图象人脸检测

分析了人脸与非人脸之间的本质区别,提出了运用局部线形嵌入(LLE)的非线性降维方法,解决非线性结构的高维数据(图象)低维表示的问题,实现了高维输入数据点映射到一个全局低维坐标系,同时保留了邻接点之间的空间关系(即高维空间的几何结构).此算法不仅能够有效地发现数据的非线性结构,同时还具有平移、旋转不变性.运用LLE算法对图象进行降维,再对降维后的数据运用支持向量机(SVM)分类器进行人脸和非人脸的分类.实验结果表明,该人脸检测方法测率较高,并且不受姿态、表情和光照的影响.

基于LLE和BP神经网络的人脸识别

利用LLE非线性降维方法提取人脸特征,然后将提取出来的特征输入到BP神经网络进行训练得到人脸类间的判别信息,进行人脸识别。利用LLE降维方法既能够降低数据维数,减少运算量,又很好的保留了各类人脸样本的拓扑结构,避免人脸图像光照、姿态等因素对人脸识别的影响。在ORL人脸库上的实验结果表明了,这种方法是有效的。

基于LLE和SVM的人像识别方法

在人像识别方面,传统的特征提取方法大都是线性的,不能很好地保持样本的拓扑结构。支持向量机能提高学习的泛化能力,防止过学习,是一种很好的分类器。为此,提出一种增强的LLE(Locally Linear Em- bedding)和SVM(support Vector Machine)结合的人像识别方法,采用PCA(Principal Component Analysis)与LLE相结合算法,对光照归一化处理过的人脸图像进行特征提取,利用SVM的分类机制对人脸图像样本集进行训练和识别。在ORL(Olivetti Research Laboratory)人脸数据库上实验表明,该算法稳健、快速,识别率达到了90%以上。

自组织LLE算法及其在人脸识别中的应用

提出了一种改进了的自组织LLE算法（SO—LLE），该算法不仅能自动确定数据点邻域值、减少运算量，而且能有效地发现嵌入于高维人脸图像的低维子流形。对SO-LLE算法进行了详细的理论分析，并应用多种数据集进行了仿真实验。在Yale和PIE人脸数据库的仿真实验结果表明：SO—LLE方法的平均识别率提高了5％～40％，有效地提高了人脸识别的性能。