基于LSTM算法的玉米籽粒储藏温度预测

为减少储粮损失和虫霉等的发生,该文利用自制试验仓及检测系统检测储藏玉米籽粒不同位置的粮温,分析粮堆温度变化及整个粮堆热量的传递过程。试验结果表明,仓外环境温度对粮温影响较大,仓内粮食温度变化与仓外环境温度变化相比较为滞后,粮堆第一层2号位置温度在检测周期中一直处于较低状态,温度最高位置出现在第四层12号位置。基于粮堆温度变化分析,该文开展了基于长短时记忆网络(LSTM)算法的玉米籽粒储藏粮温预测研究。结果表明:(1)对比预测值与试验值可知,粮堆第一、二、三、四层测试集的粮温准确率分别为0.62、0.89、0.83、0.79;(2)位于粮堆第二层和第三层的预测结果精度较高,试验仓粮堆底层和顶层温度易受环境温度影响,粮堆热量交换速度快,温度变化迅速,导致第一层和第四层预测结果精度偏低。该研究可为粮食储藏温度预测研究提供新思路。

基于RUN-XGBoost算法的土石坝渗流预测模型

针对传统土石坝渗流预测模型存在局部最优、抗干扰性差和预测精度低等问题,通过RUN算法优化XGBoost算法得到RUN-XGBoost算法,构建了RUN-XGBoost模型以获得更优的土石坝渗流预测结果。该模型在种群初始化时采用RUN算法对XGBoost算法的3个主要参数进行改进,使预测结果有较高的有效性;通过自动寻找最优参数增进算法的整体收敛速度和预测精度,同时引入随机解,使算法能够排除局部最小值并继续搜索,从而获得全局最优结果。工程实例验证结果表明,RUN-XGBoost模型具有简洁、高效、预测精度高、鲁棒性强等优点。

改进灰狼算法优化GBDT在PM_(2.5)预测中的应用

针对灰狼算法易陷入局部最优解和全局搜索能力不足的问题,通过霍尔顿序列(Halton Sequence)搜索算法初始化狼群位置,避免灰狼算法陷入局部最优解和重复运算;引入莱维飞行和随机游动策略对灰狼算法的寻优过程进行优化,以增加算法的全局搜索能力;利用粒子群算法模拟灰狼种群得出的最佳适应度以用于惩罚项改进灰狼算法中的头狼更新策略。使用改进算法优化的梯度提升树(Gradient Boosting Decision Trees,GBDT)模型对北京市大气污染物监测数据中PM_(2.5)质量浓度进行预测,采用3种评估函数对各模型以及混合模型预测效果得分进行评估。结果显示,本文改进的灰狼算法对梯度提升树的优化效果优于其他算法,均方根误差E RMS为6.65μg/m^(3),平均绝对值误差E MA为3.20μg/m^(3),拟合优度(R^(2))为99%,比传统灰狼算法优化结果的均方根误差减少了19.19μg/m^(3),平均绝对值误差降低了10.03μg/m^(3),拟合优度增加了9百分点;与霍尔顿序列和莱维飞行改进的(Levy Flight-Halton Sequence,LHGWO)相比,改进的灰狼算法预测得分的均方根误差降低了10.39μg/m^(3),平均绝对值误差减小了6.71μg/m^(3),拟合优度提高了5百分点。研究表明了预测模型优化的有效性,为未来城市改善空气质量提供了科学依据和技术支持。

基于烟花算法的反应釜温度预测控制

针对连续釜式反应过程由于大滞后造成的温度控制精度不高的问题,利用科学数据网格(scientific data grid, SDG)构建连续釜式反应过程温度控制系统结构图,在传统控制策略的基础上提出串级动态矩阵控制-比例积分微分(dynamicmatrixcontrol-proportion integrationdifferentiation,DMC-PID)温度预测控制策略。利用烟花算法完善DMC滚动优化环节,进而提高参数寻优的速度。搭建半实物仿真实验平台,通过OPC工具箱将DMC模块与可编程逻辑控制器(programmable logic controller, PLC)设备相连接进行实验验证。实验结果表明,基于烟花算法的DMC-PID串级系统,可以克服温度大滞后造成的影响,且DMC-PID串级控制对温度系统的控制精度和响应速度均有较大的提升。

基于FMCW雷达的人体生命体征信号预测算法

将FMCW雷达检测到的人体生命体征信号,用于预测未来一段时间内人体生命体征信号是否异常,具有明显的应用价值。该方向当前研究主要针对如何进一步降低重构误差、提升生命体征信号的预测精度。为此,本文提出一种自适应变分模态分解-长短期记忆神经网络的生命体征信号预测方法。针对静止状态下的人体,通过雷达采集到的生命体征信号,采用粒子群算法优化变分模态分解VMD的模态分量个数K和惩罚系数α的值,实现自适应选取后用于VMD分解,再将分解后的模态分量进行叠加重构。采用粒子群算法优化长短期记忆网络模型中的网络层数、学习率、正则化系数等3个参数,自适应选取合适的参数组合,将重构后的信号通过优化后的LSTM网络进行预测。实验结果显示本文所提预测方法在10位志愿者的预测结果与原始数据的均方根误差平均值为0.017 188 9,平均绝对误差的平均值为0.007 158,相较于当前其他研究,预测精度上有明显提升。

基于遗传算法优化下棉花的产量预测模型研究

棉花是我国重要的经济作物与棉纺织业发展的主要原材料之一,是我国经济发展的支柱产业。在棉花种植过程中,农田措施、气象环境等都会对棉花生产产生影响。对棉花生长因子进行分析,建立棉花预测模型,预测我国棉花产量,对于指导棉花生产和促进我国经济发展具有重要意义。为此,针对传统BP神经网络在预测中存在测试精度低、鲁棒性差等问题,利用遗传算法(Genetic Algorithm, GA)对BP神经网络模型进行优化,构建GA-BP神经网络模型;同时,基于湖北省2011-2021年棉花播种面积、气象因子、自然灾害和棉花产量,构建BP神经网络、GA-BP神经网络模型,对湖北地区棉花产量进行预测。研究结果表明:GA-BP神经网络模型精度明显高于BP神经网络模型,R2达到0.991。因此,通过GA-BP预测能够更加科学、合理地进行棉花产量预测,对棉花生产及管理措施的调整具有重要的指导意义。

基于无差拍预测算法的双向隔离型AC-DC矩阵变换器高动态电流控制策略

针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器采用传统双闭环控制策略存在的控制参数多、整定困难等问题,提出了一种基于无差拍预测算法的高动态电流控制策略,通过引入无差拍预测算法对网侧电流进行控制,以减少控制器参数,消除数字控制时延。考虑到算法中电压电流检测量众多,故采用输入电压观测器以降低检测成本,减小采样误差的影响。变换器采用后级单重移相的调制方法来协调配合无差拍预测算法,其中参考输入电流指令与移相角为双射函数关系,简单易实现。仿真和实验结果表明:采用所提控制策略可以实现网侧电流正弦,功率因数接近于1;直流侧电压稳定,电流纹波率小于1%;直流电流在参考值突变时,跟踪快速且无超调、无振荡;同时,在变换器功率正向传输、反向传输以及正反向切换过程中,采用所提控制策略相比于传统的双闭环控制策略,电流动态调节时间分别缩短了69%、85%、67%。由此证明所提控制策略可以保证变换器良好的输入输出性能,并且相比于传统的双闭环控制策略在切换过程中动态性能得到显著提升。

基于改进金豺算法的短期负荷预测

针对电力负荷序列波动性和预测精度不高的问题,提出一种基于变分模态分解、排列熵和改进金豺算法优化双向长短期记忆网络的预测模型。首先,利用变分模态分解重构原始负荷序列,再采用排列熵理论对分解后的子序列进行熵值重组;然后,利用改进金豺算法对双向长短期记忆网络的参数进行优化,并对每个子序列建立预测模型;最后,组合各模型结果得到最终预测值。实验结果表明,本文模型预测精度更高,与真实值拟合度更好。

改进黑猩猩算法的光伏发电功率短期预测

针对晴空、非晴空条件下光伏出力预测精度不高等问题,提出一种改进K均值(K-means++)算法和黑猩猩优化算法CHOA(chimpanzee optimization algorithm)相结合,优化最小二乘支持向量机LSSVM(least squares support vector machine)的模型,进行光伏功率预测。首先,利用密度聚类和混合评价函数改进K-means++对原始数据进行自适应类别划分。其次,通过相关性分析和随机森林特征提取构建模型的输入特征集。最后,根据特征集建立基于DK-PCHOA-LSSVM的短期光伏发电预测模型。结合实际算例,结果表明:该模型在恶劣天气下预测精度明显优于其他模型,验证了其有效性和优越性。

基于改进Q学习算法和组合模型的超短期电力负荷预测

单一模型在进行超短期负荷预测时会因负荷波动而导致预测精度变差,针对此问题,提出一种基于深度学习算法的组合预测模型｡首先,采用变分模态分解对原始负荷序列进行分解,得到一系列的子序列。其次,分别采用双向长短期记忆网络和优化后的深度极限学习机对每个子序列进行预测。然后,利用改进Q学习算法对双向长短期记忆网络的预测结果和深度极限学习机的预测结果进行加权组合,得到每个子序列的预测结果。最后,将各个子序列的预测结果进行求和,得到最终的负荷预测结果。以某地真实负荷数据进行预测实验,结果表明所提预测模型较其他模型在超短期负荷预测中表现更佳,预测精度达到98%以上。

融合神经网络和优化算法的网络安全态势评估及预测模型研究

针对网络安全防护,提出一种融合神经网络与优化算法的态势评估模型。利用深度神经网络进行网络态势评估模型构建,并通过长短时记忆构建网络态势预测模型,利用遗传算法实现模型参数调优。结果表明,评估模型的平均误差率相比于浅层神经网络模型降低了3.88%。因此,研究设计的基于优化深层神经网络与长短时记忆网络的态势感知模型,具有较好的评估预测性能。

改进的采样算法与无监督聚类相结合的软件缺陷预测模型

该文首先在自适应综合过采样算法ADASYN(adaptive synthetic sampling)的基础上,考虑少数类内部不同密度簇之间的连接性问题,将与采样点距离为中等的点纳入新样本生成范围,改进得到T-ADASYN过采样优化算法,有效地增加了少数类内部不同密度簇的连接性,生成了分布更为均衡的数据集.然后使用基于连接的spectral clustering算法进行聚类预测操作,将过采样算法和无监督聚类相结合,提出一种新型实用的软件缺陷预测模型TA-SC(T-ADASYN+spectral clustering).以F-score为评价指标,spectral clustering为聚类模型进行验证.实验结果表明:改进的T-ADASYN过采样算法在公开的PROMISE数据集和NASA数据集上比常用的过采样算法均有6%的性能提升,且TA-SC模型在PROMISE和NASA 2个数据集上比常用聚类算法分别有3%和2%的性能提升.

基于改进鲸鱼算法优化GRU的PEMFC老化预测

为提高质子交换膜燃料电池(protonexchange membranefuelcells,PEMFC)老化预测的可控性和预测精度,提出一种基于改进的鲸鱼优化算法(improvedwhale optimizationalgorithm, IWOA)优化门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)神经网络的PEMFC电压预测方法。采用IWOA获得GRU的最优超参数组,再利用GRU准确预测PEMFC电压。采用静态、准动态和动态工况下3组老化实验数据集,将提出的方法与反向传播神经网络、极限学习机、循环神经网络、长短期记忆神经网络、GRU和鲸鱼算法优化门控循环单元这6种方法相比较,所提出方法具有最高的老化预测和剩余使用寿命(remainingusefullife,RUL)估计精度。在静态、准动态和动态工况下,训练集占比为50%时,相比于GRU,所提出方法的预测结果的均方根误差分别降低56.99%、35.12%和9.95%。因此,该方法能够实现高精度PEMFC老化趋势和RUL预测。

基于变分模态分解与鲸鱼算法优化回声状态网络的风速预测模型

风速受多种因素影响常伴随着随机性和非平稳性,给风电接入电网造成了相当大的困难,准确的风速预测对风力发电有着极大的研究意义。将变分模态分解算法与鲸鱼算法优化回声状态网络模型相结合,提出了一种风速预测模型。首先通过变分模态分解算法将风速序列分解成多个分量以减少风速内部信号间的耦合性,降低建模难度。然后对这些分量分别建立对应的回声状态网络预测模型。针对回声状态网络模型性能受储备池参数影响较大的问题,采用鲸鱼优化算法对储备池参数进行优化。风速的最终预测值由分解后各分量预测值相加得到。最后,将实际采集的短期风速数据作为研究对象,通过与其他4种预测模型的对比分析表明提出的风速预测模型具有更高的预测精度,能够更好地对风速的变化趋势进行预测。

基于 SMOTE 算法的老年肌少症患者跌倒风险预测模型的建立

目的探讨老年肌少症患者跌倒的危险因素,并基于SMOTE算法构建风险预测模型。方法选取2020年12月至2022年9月某医院收治的256例老年肌少症患者为研究对象,根据跌倒发生情况分为跌倒组和未跌倒组。采用Logistic回归分析筛选老年肌少症患者跌倒的危险因素,应用SMOTE算法构建老年肌少症患者跌倒的预测模型,并对预测模型的预测效能进行分析。结果256例老年肌少症患者中65例发生跌倒,跌倒发生率为25.39%;年龄≥70岁、严重肌少症期、睡眠障碍、糖尿病、视力障碍及直立性低血压是老年肌少症患者跌倒的危险因素,原始预测模型Logit(P 1)=1.057×年龄+0.808×肌少症临床分期+0.901×睡眠障碍+0.835×糖尿病+0.828×视力障碍+1.221×直立性低血压-2.535,基于SMOTE算法的预测模型Logit(P 2)=1.043×年龄+0.879×肌少症临床分期+0.962×睡眠障碍+0.717×糖尿病+0.810×视力障碍+1.314×直立性低血压-1.445,ROC曲线显示,P 2模型ROC曲线下面积为0.952(95%CI:0.920,0.972),显著高于P 1模型的ROC曲线下面积0.761(95%CI:0.693,0.828),基于SMOTE算法预测模型的校准曲线显示预测值和实际值一致性良好。结论年龄、肌少症临床分期、睡眠障碍、糖尿病、视力障碍及直立性低血压是老年肌少症患者跌倒的危险因素,基于SMOTE算法的预测模型具有较好的预测效能,有助于临床护理人员识别老年肌少症跌倒高危人群。

基于集成树算法的岩石黏聚力和内摩擦角预测方法

岩石的黏聚力(c)和内摩擦角(φ)是岩石工程设计及稳定性评价的重要参数,其直接测量需通过多组三轴或剪切试验,耗时多且成本高。基于4个易获取的岩石物理力学参数(纵波波速VP、密度ρ、单轴抗压强度UCS和巴西抗拉强度BTS),构建了用于预测c和φ值的智能模型。共收集了199组含不同岩石类型的数据,采用5种集成树算法开发预测模型,使用贝叶斯优化算法对模型的超参数进行优化。模型评估结果表明:构建的模型均具有较好的预测性能,其中极端随机树模型表现最佳(测试R^(2)>0.97)。敏感性分析表明:VP、UCS和BTS对c值的预测结果影响较大,ρ对φ值的预测结果影响较大。研究成果已成功应用于金川矿区,验证了模型的实用性,开发的图形用户界面便于工程技术人员使用。

基于数字孪生与k-近邻算法的车间设备运行状态预测研究

由于传统车间设备运行状态预测不能有效利用历史数据进行学习,实时响应能力有限,难以在复杂调度环境中取得良好效果,因此文章提出一种数字孪生与k-近邻算法相结合的车间设备运行状态预测模型。构建车间设备实体在信息空间的数字孪生模型,并建立设备实体与模型之间的映射关系,从而获取实时特征数据,即设备的运行状态特征数据。运用k-近邻算法计算实时特征数据与历史数据之间的欧几里得距离,即计算设备当前运行状态与历史已知状态的相似度,最终通过前k个距离所对应的设备历史运行状态数据,预测设备的当前运行状态。该模型的本质是通过数字孪生的实时数据采集,获取指定设备运行状态特征数据,运用k-近邻算法预测设备的实时运行状态。相较以往研究,本研究贡献在于提高设备实时运行状态预测的准确率。如果将数字孪生、k-近邻算法与具备自我学习能力的相关算法相结合,模型的预测效果会更好。

基于机器学习算法的糖尿病预测

糖尿病是一种无法根治的慢性疾病,早发现、早干预、早治疗能够延缓病情进展,提高患者的治疗效率。构建基于决策树、逻辑回归、XGBoost等六种机器学习分类算法的预测模型,实现糖尿病风险预测。该模型以皮马印第安人糖尿病数据集为研究对象,通过数据预处理、数据特征分析构建有效数据集,采用网格搜索方法进行交叉验证寻找算法的最佳参数组合,构建超参数及基于超参数的分类模型,并对模型的预测性能进行评价。实验结果表明,该模型拥有良好的糖尿病风险预测性能。

基于MLR–ANN算法的地应力场反演与裂缝预测

中国页岩气储层埋藏深,受构造运动影响,地应力分布规律复杂,传统方法很难准确反演区域地应力大小和方向。提出多元线性回归和人工神经网络的耦合算法,对川南长宁—建武区块的页岩气储层及周边地应力场进行反演,并采用综合破裂系数法,对储层裂缝进行预测,划分裂缝发育区域。研究表明,基于多元回归和神经网络的耦合算法能准确反演区域的地应力场分布规律。研究区的地应力以挤压应力为主,方向在NE115°左右。受构造运动产生的断层周边应力较为集中,易发育剪切裂缝,裂缝以发育和较发育程度为主。研究区在邻近龙马溪组底部的五峰组上段和构造大断层部位裂缝发育程度较高。研究成果对该区块完善页岩气开采的井网布置、压裂优化设计和套管损坏防治等有一定的参考价值。

基于不同算法筛选糖尿病足溃疡截肢预测模型的比较

目的 探讨不同算法筛选的糖尿病足溃疡(DFU)截肢预测模型。方法 收集2015年1月至2020年12月新疆医科大学第一附属医院收治的364例DFU患者的临床资料,按照截肢情况将其分为截肢组(n=213)和非截肢组(n=151),分别通过单因素分析、Boruta算法和随机森林-递归特征消除(RF-RFE)算法进行截肢危险因素分析,并构建临床预测模型,比较模型的c指数、F1分数和Brier分数,评估模型的预测效能和临床意义。结果 两组患者年龄、高血压病程、冠心病病程、Wagner评分、部位-缺血-神经病变-细菌感染-面积-深度(SINBAD)评分、国际糖尿病足工作组(IWGDF)分级比较,差异均有统计学意义(P﹤0.05)。实验室指标中截肢组患者低密度脂蛋白(LDL)、高密度脂蛋白(HDL)、甘油三酯(TG)、血钙、血磷、白蛋白与球蛋白比值(A/G)、平均血小板分布宽度(PDW)、血红蛋白(Hb)均低于非截肢组患者,截肢组患者球蛋白(GB)、中性粒细胞比例(N)、纤维蛋白原(FIB)、国际标准化比值(INR)、平均红细胞分布宽度(RDW)/白蛋白比率、中性粒细胞/淋巴细胞比值(NLR)、血小板与淋巴细胞比值(PLR)均高于非截肢组患者,差异均有统计学意义(P﹤0.05)。多因素分析结果显示,Wagner分级﹥2级、SINBAD评分﹥3分、FIB、Hb、PDW、INR、年龄均是DFU患者截肢的独立危险因素(P﹤0.05)。传统Logistic回归模型c指数、F1分数和Brier分数分别为0.771、0.809、0.163。采用Boruta算法得出对截肢影响最大的影响因素为年龄、Wagner分级﹥2级、SINBAD评分﹥3分、IWGDF分级﹥3级、A/G、INR、FIB、N、Hb、RDW比白蛋白比率、NLR和PLR,模型c指数、F1分数、Brier分数分别为0.686、0.744、0.163.RF-RFE算法得出DFU截肢危险因素为NLR、PLR、N、肌酐和PDW,模型c指数、F1分数和Brier分数分别为0.748、0.769、0.220。结论 不同算法从不同逻辑对DFU患者截肢的危险因素进行评估,可与传统统计学方法结合,为DFU的治疗决策提供依据互补。