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Sensory Data Prediction Using Spatiotemporal Correlation and LSTM Recurrent Neural Network 被引量:4
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作者 Tongxin SHU 《Instrumentation》 2019年第3期10-17,共8页
The Wireless Sensor Networks(WSNs)are widely utilized in various industrial and environmental monitoring applications.The process of data gathering within the WSN is significant in terms of reporting the environmental... The Wireless Sensor Networks(WSNs)are widely utilized in various industrial and environmental monitoring applications.The process of data gathering within the WSN is significant in terms of reporting the environmental data.However,it might occur that certain sensor node malfunctions due to the energy draining out or unexpected damage.Therefore,the collected data may become inaccurate or incomplete.Focusing on the spatiotemporal correlation among sensor nodes,this paper proposes a novel algorithm to predict the value of the missing or inaccurate data and predict the future data in replacement of certain nonfunctional sensor nodes.The Long-Short-Term-Memory Recurrent Neural Network(LSTM RNN)helps to more accurately derive the time-series data corresponding to the sets of past collected data,making the prediction results more reliable.It is observed from the simulation results that the proposed algorithm provides an outstanding data gathering efficiency while ensuring the data accuracy. 展开更多
关键词 spatiotemporal correlation lstm Recurrent Neural network time-series prediction
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基于交互差分时空LSTM的网格化臭氧浓度预测 被引量:1
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作者 刘恩海 任晓康 +3 位作者 张智 李妍 赵娜 张军 《河北工业大学学报》 CAS 2023年第3期36-43,共8页
臭氧浓度的预测对于大气环境治理、空气质量改善等起到了重要的作用。本文提出了一种交互差分时空LSTM网络预测模型(ST-IDN)来挖掘臭氧浓度历史数据的时间相关性和空间相关性,并成功将其应用到网格化臭氧浓度数据预测上。在该模型中,首... 臭氧浓度的预测对于大气环境治理、空气质量改善等起到了重要的作用。本文提出了一种交互差分时空LSTM网络预测模型(ST-IDN)来挖掘臭氧浓度历史数据的时间相关性和空间相关性,并成功将其应用到网格化臭氧浓度数据预测上。在该模型中,首先交互模块(IC)可以通过一系列的卷积操作来捕捉短期上下文信息,其次层融合模块(LF)可以融合不同层的空间信息来获得上一时刻丰富的空间信息,最后差分时空LSTM模块(DSTM)将捕捉到的时间信息和空间信息进行统一建模实现臭氧浓度预测。所构建模型分别与卷积LSTM网络(ConvLSTM)、预测循环神经网络(PredRNN)以及Memory in Memory网络(MIM)模型在河北省气象局提供的臭氧浓度数据上进行了对比分析,ST-IDN模型的平均绝对误差分别降低了19.836%、12.924%、7.506%。实验结果表明,所提出的模型能够提高臭氧浓度的预测精度。 展开更多
关键词 交互差分时空lstm预测网络 网格化臭氧浓度数据 臭氧浓度预测 时间信息 空间信息
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嵌入多阶泰勒微分知识的多尺度注意力循环网络深度时空序列预测方法
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作者 孙强 赵珂 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2605-2618,共14页
融合先验物理知识的深度时空序列预测方法通常使用偏微分方程(PDE)进行建模,这种做法通常存在两大问题:(1)偏微分方程的近似精度低;(2)无法在循环网络中有效捕捉多种空间尺度的时空特征和时空序列的边缘相关空间信息。为此,该文提出了... 融合先验物理知识的深度时空序列预测方法通常使用偏微分方程(PDE)进行建模,这种做法通常存在两大问题:(1)偏微分方程的近似精度低;(2)无法在循环网络中有效捕捉多种空间尺度的时空特征和时空序列的边缘相关空间信息。为此,该文提出了融合泰勒微分的卷积循环神经网络(TDI-CRNN)。首先,为了提高高阶偏微分方程的近似精度并缓解偏微分方程应用的局限性,设计了一种多阶泰勒近似物理模块。该模块首先使用泰勒展开式对输入序列作微分逼近,再将不同阶数之间的微分卷积层使用微分系数耦合,最后动态调整泰勒展开结果的截断阶数与微分项数。其次,为了捕获循环网络隐藏状态的多种空间尺度特征并更好地捕捉时空序列的边缘相关空间信息,设计了一种多尺度注意力循环模块(MSARM),在该模块的多尺度卷积空间注意力UNet(即MCSA-UNet)的卷积层中使用了多尺度卷积和空间注意力机制,目的是关注时空序列的局部空间区域。在Moving MNIST,KTH以及CIKM数据集上开展了大量实验,Moving MNIST数据集的均方误差(MSE)指标下降到42.7,结构相似性指数(SSIM)提高到0.912;KTH数据集的SSIM和峰值信噪比(PSNR)分别提高到0.882和29.03;CIKM数据集上的临界成功指数(CSI)提高到0.515。最终的可视化和定量预测结果均验证了TDI-CRNN模型的合理性和有效性。 展开更多
关键词 时空序列预测 长短期记忆网络 知识引导 偏微分方程 泰勒展开式
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一种改进组合神经网络的超短期风速预测方法研究 被引量:1
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作者 邵宜祥 刘剑 +3 位作者 胡丽萍 过亮 方渊 李睿 《发电技术》 CSCD 2024年第2期323-330,共8页
超短期风速预测是保障风电机组桨距角前馈控制实施效果的关键,对提高风电机组环境适应性具有重要影响。为了提高预测精度,提出了一种改进组合神经网络的超短期风速预测方法。该方法选择适合时间序列预测且具有较强非线性学习能力的BP神... 超短期风速预测是保障风电机组桨距角前馈控制实施效果的关键,对提高风电机组环境适应性具有重要影响。为了提高预测精度,提出了一种改进组合神经网络的超短期风速预测方法。该方法选择适合时间序列预测且具有较强非线性学习能力的BP神经网络和长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络进行加权组合,以消除单个神经网络可能存在的较大误差;同时,为了提高组合效果,采用差分进化算法对组合权重进行优化。将该方法应用于某风场超短期风速预测中,通过与单神经网络预测、等权重组合神经网络预测的结果对比,验证了所提方法在提高预测精度上的有效性。 展开更多
关键词 风力发电 超短期风速预测 BP神经网络 长短期记忆(lstm)神经网络 差分进化(DE)算法
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基于时空序列的Conv-LSTM航班延误预测模型 被引量:4
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作者 屈景怡 杨柳 +1 位作者 陈旭阳 王茜 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2022年第10期3275-3282,共8页
精准的航班延误预测结果可以为大面积航班延误的预防提供巨大的参考价值。航班延误预测是在特定空间下做时间序列预测,然而目前已有预测方法多为两种或多种算法的结合,存在算法间的融合问题。针对上述问题,提出了一种综合考虑时空序列... 精准的航班延误预测结果可以为大面积航班延误的预防提供巨大的参考价值。航班延误预测是在特定空间下做时间序列预测,然而目前已有预测方法多为两种或多种算法的结合,存在算法间的融合问题。针对上述问题,提出了一种综合考虑时空序列的卷积长短时记忆(Conv-LSTM)网络航班延误预测模型。所提模型在长短时记忆(LSTM)网络提取时间特征的基础上,将网络的输入和权重矩阵进行卷积来提取空间特征,从而充分利用数据集包含的时间和空间信息。实验结果表明,与LSTM、仅考虑空间信息的卷积神经网络(CNN)模型相比,Conv-LSTM模型的准确率分别提高了0.65个百分点和2.36个百分点。由此可见,同时考虑时空特性可以在航班延误问题中获得更精确的预测结果。此外,基于所提模型设计并实现了基于浏览器/服务器(B/S)架构的航班延误分析系统,并且该系统也可以应用于空中交通管理局流量控制中心。 展开更多
关键词 航班延误预测 时空序列 深度学习 卷积长短时记忆网络 气象信息 航班信息
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基于LSTM与时空结合的共享单车站点需求量预测 被引量:1
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作者 苗晓峰 范书瑞 +1 位作者 曹旦旦 贾超 《内蒙古工业大学学报(自然科学版)》 2020年第3期184-191,共8页
由于不同站点的车辆需求存在着时空分布不均衡现象,特别是早晚高峰期人流量大和车辆使用量波动性大的站点,以往的基于历史系统出行数据、时间和天气数据进行预测的模型预测性能下降.为此,本文提出了一种基于LSTM与时空结合的方法对不同... 由于不同站点的车辆需求存在着时空分布不均衡现象,特别是早晚高峰期人流量大和车辆使用量波动性大的站点,以往的基于历史系统出行数据、时间和天气数据进行预测的模型预测性能下降.为此,本文提出了一种基于LSTM与时空结合的方法对不同类型站点的车辆需求量进行细粒度预测,并与HA、BP神经网络和GBDT模型的预测结果进行比较.实验结果表明,在加入时空结合特征后,LSTM模型针对借还车辆较大和波动性大的站点预测误差小,能够很好地在站点需求量变化大时跟踪其变化趋势. 展开更多
关键词 共享单车 时空结合 lstm神经网络 需求预测
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基于状态精细化长短期记忆和注意力机制的社交生成对抗网络用于行人轨迹预测 被引量:3
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作者 吴家皋 章仕稳 +1 位作者 蒋宇栋 刘林峰 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2023年第5期1565-1570,共6页
针对当前行人轨迹预测研究仅考虑影响行人交互因素的问题,基于状态精细化长短期记忆(SR-LSTM)和注意力机制提出一种用于行人轨迹预测的社交生成对抗网络(SRA-SIGAN)模型,利用生成对抗网络(GAN)学习获得目标行人的运动规律。首先,使用SR-... 针对当前行人轨迹预测研究仅考虑影响行人交互因素的问题,基于状态精细化长短期记忆(SR-LSTM)和注意力机制提出一种用于行人轨迹预测的社交生成对抗网络(SRA-SIGAN)模型,利用生成对抗网络(GAN)学习获得目标行人的运动规律。首先,使用SR-LSTM作为位置编码器提取运动意图信息;其次,通过设置速度注意力机制合理地为同一场景中的行人分配影响力,以更好地处理行人的交互;最后,由解码器生成预测的未来轨迹。在多个公开数据集上的测试实验结果表明,SRA-SIGAN模型的总体表现良好。特别是在Zara1数据集上,与SR-LSTM模型相比,SRA-SIGAN模型的平均位移误差(ADE)和最终位移误差(FDE)分别减小了20.0%和10.5%;与社交生成对抗网络(SIGAN)模型相比,SRA-SIGAN的ADE和FDE分别下降了31.7%和24.4%。 展开更多
关键词 生成对抗网络 长短期记忆网络 行人轨迹预测 注意力机制 行人交互
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食管鳞状细胞癌基因组芯片生物信息学分析及靶向药物预测
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作者 李倩 高境泽 +2 位作者 李云 宋堃 沈倩诚 《上海交通大学学报(医学版)》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期194-199,共6页
目的·探究食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)的发生机制及其潜在靶向药物,为诊断和治疗ESCC提供理论依据。方法·选取2个GEO集(GSE38129、GSE20347),用R语言筛选差异表达基因(differentially expressed... 目的·探究食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)的发生机制及其潜在靶向药物,为诊断和治疗ESCC提供理论依据。方法·选取2个GEO集(GSE38129、GSE20347),用R语言筛选差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)并进行GO(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)富集分析。对DEGs行蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)网络分析,获得最显著模块基因以及关键基因,并对关键基因磷酸化酶B激酶(phosphorylase B kinase,PBK)做靶向药物预测。结果·2个数据集共包含670条相同的DEGs,其中下调基因342条、上调基因328条。GO和KEGG富集分析结果显示,DEGs主要富集到细胞外结构的组织、细胞外基质的组织、p53信号通路、IL-17信号通路、细胞周期等通路。通过对PPI网络做密集度分析,共筛选出20条关键基因。其中,关键基因PBK与细胞周期相关,在2个数据集中表达量均有上调;通过变构位点探测和化合物库虚拟筛选,预测出了PBK的潜在药物Compound 1。结论·通过生物信息学的方法能够有效分析ESCC的关键基因。关键基因PBK的靶向药物预测结果可能为ESCC的靶向治疗提供一定的参考。 展开更多
关键词 食管鳞状细胞癌 差异表达基因 GO富集分析 KEGG富集分析 蛋白质相互作用网络 靶向药物预测
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基于注意力机制的行人轨迹预测生成模型 被引量:23
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作者 孙亚圣 姜奇 +2 位作者 胡洁 戚进 彭颖红 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2019年第3期668-674,共7页
针对长短期记忆网络(LSTM)在行人轨迹预测问题中孤立考虑单个行人,且无法进行多种可能性预测的问题,提出基于注意力机制的行人轨迹预测生成模型(AttenGAN),来对行人交互模式进行建模和概率性地对多种合理可能性进行预测。AttenGAN包括... 针对长短期记忆网络(LSTM)在行人轨迹预测问题中孤立考虑单个行人,且无法进行多种可能性预测的问题,提出基于注意力机制的行人轨迹预测生成模型(AttenGAN),来对行人交互模式进行建模和概率性地对多种合理可能性进行预测。AttenGAN包括一个生成器和一个判别器,生成器根据行人过去的轨迹概率性地对未来进行多种可能性预测,判别器用来判断一个轨迹是真实的还是由生成器伪造生成的,进而促进生成器生成符合社会规范的预测轨迹。生成器由一个编码器和一个解码器组成,在每一个时刻,编码器的LSTM综合注意力机制给出的其他行人的状态,将当前行人个体的信息编码为隐含状态。预测时,首先用编码器LSTM的隐含状态和一个高斯噪声连接来对解码器LSTM的隐含状态初始化,解码器LSTM将其解码为对未来的轨迹预测。在ETH和UCY数据集上的实验结果表明,AttenGAN模型不仅能够给出符合社会规范的多种合理的轨迹预测,并且在预测精度上相比传统的线性模型(Linear)、LSTM模型、社会长短期记忆网络模型(S-LSTM)和社会对抗网络(S-GAN)模型有所提高,尤其在行人交互密集的场景下具有较高的精度性能。对生成器多次采样得到的预测轨迹的可视化结果表明,所提模型具有综合行人交互模式,对未来进行联合性、多种可能性预测的能力。 展开更多
关键词 轨迹预测 长短期记忆网络 生成对抗网络 注意力机制 行人交互
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基于时空注意力机制的新冠肺炎疫情预测模型 被引量:5
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作者 鲍昕 谭智一 +1 位作者 鲍秉坤 徐常胜 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1495-1504,共10页
新冠肺炎疫情持续蔓延给人类社会带来深远影响,准确预测各地区的病毒传播趋势对防控疫情而言至关重要。现有研究主要基于传统的时序预测模型和传染病模型,鲜有考虑疫情地区关联复杂和时序依赖性强的特点,限制了其疫情预测的性能。为此,... 新冠肺炎疫情持续蔓延给人类社会带来深远影响,准确预测各地区的病毒传播趋势对防控疫情而言至关重要。现有研究主要基于传统的时序预测模型和传染病模型,鲜有考虑疫情地区关联复杂和时序依赖性强的特点,限制了其疫情预测的性能。为此,针对新冠肺炎疫情的预测任务,提出了一种时空注意力驱动的自编码器框架。通过引入空间注意力机制捕捉病毒感染序列间的动态空间关联性,利用时间注意力机制挖掘病毒感染序列中复杂的时序依赖性,以此实现对不同地区的新冠肺炎病毒传播趋势的准确预测。在模型的编码器端,融合空间注意力机制的长短期记忆(LSTM)网络,关联目标地区与其他地区的病毒感染序列,提取该区域近期新冠肺炎疫情的时序特征。在模型的解码器端,将时间注意力机制引入基于LSTM网络的解码器中,通过捕捉病毒感染序列的时序依赖性推测未来的新冠肺炎疫情趋势变化。在多个公开的新冠肺炎疫情数据集上对所提模型进行验证,实验结果表明:所提模型的预测性能超越了LSTM等模型;在公开的欧洲部分国家新冠肺炎疫情数据集上,预测误差指标RMSE和MAE分别降低了22.3%和25.0%,在中国部分省级单位新冠肺炎疫情数据集上,RMSE和MAE分别降低了10.1%和10.4%。 展开更多
关键词 新冠肺炎疫情预测 注意力网络 时空序列预测 长短期记忆(lstm)网络 自编码器
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肺癌关键基因筛选及预测模型的研究 被引量:3
11
作者 潘以红 范雪萌 朱平 《生物学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期22-27,40,共7页
为了识别肺癌发展过程中的关键基因,揭示其发展的潜在机制,得到肺癌的预测模型,从GEO(Gene Expression Omnibus)数据库下载了基因芯片GSE19188和GSE40791进行研究。首先对基因表达数据分析得到805个同趋势差异表达基因(differentially e... 为了识别肺癌发展过程中的关键基因,揭示其发展的潜在机制,得到肺癌的预测模型,从GEO(Gene Expression Omnibus)数据库下载了基因芯片GSE19188和GSE40791进行研究。首先对基因表达数据分析得到805个同趋势差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),构建特异蛋白质交互(protein-protein interaction, PPI)网络。再通过基因在网络中的度和表达偏差得分乘积筛选出209个肺癌发展的关键基因。关键基因在11条细胞通路中显著富集,根据这些通路的差异得分可以清楚辨别癌症样本和正常样本。最后利用通路中18个串话基因结合支持向量机算法建立肺癌的预测模型。经测试模型分类准确性达到97%,表明这18个基因作为肺癌预测基因有较好的稳健性和敏感性,可作为肺癌的预测标记物和化疗的靶点。 展开更多
关键词 肺癌 差异表达基因(DEGs) 蛋白质交互(PPI)网络 串话基因 预测模型
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基于时空特征的无线网络流量预测方法 被引量:1
12
作者 袁浙科 《无线通信技术》 2022年第3期24-28,34,共6页
无线网络流量分布具有空间上和时间上的特征,针对传统预测方法对流量分布空间特征的利用不足问题,提出三维卷积神经网络(3D-CNN)和长短期记忆网络(LSTM)相结合的无线网络流量预测模型。首先通过3D-CNN挖掘流量数据的局部时空关联性,并... 无线网络流量分布具有空间上和时间上的特征,针对传统预测方法对流量分布空间特征的利用不足问题,提出三维卷积神经网络(3D-CNN)和长短期记忆网络(LSTM)相结合的无线网络流量预测模型。首先通过3D-CNN挖掘流量数据的局部时空关联性,并利用空间注意力机制完善全局空间关联的提取;然后使用LSTM模型对抽象时空特征进行训练,并加入了注意力机制缓解循环神经网络的遗忘现象带来的信息损耗。运用此方法对"意大利电信大数据挑战赛"的公开数据集进行训练,其均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别降至5.17和3.32,明显优于其他对比预测模型。 展开更多
关键词 无线网络 流量预测 时空特征挖掘 3D-CNN lstm
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基于机器学习的城市暴雨内涝时空快速预测模型 被引量:7
13
作者 代鑫 黄弘 +1 位作者 汲欣愉 王巍 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期865-873,共9页
暴雨内涝的快速预测对于提升灾害应急处置能力具有重要意义。针对传统数值模拟复杂耗时导致难以满足暴雨内涝预测时限要求的问题,该文基于机器学习方法构建城市暴雨内涝时空快速预测模型。利用城市综合流域排水模型(InfoWorks ICM)模拟... 暴雨内涝的快速预测对于提升灾害应急处置能力具有重要意义。针对传统数值模拟复杂耗时导致难以满足暴雨内涝预测时限要求的问题,该文基于机器学习方法构建城市暴雨内涝时空快速预测模型。利用城市综合流域排水模型(InfoWorks ICM)模拟的高精度网格结果作为数据驱动,综合考虑降雨因素、地理数据以及排水管网的分布情况,分别基于随机森林、极限梯度提升(XGBoost)、K最近邻以及长短期记忆(LSTM)神经网络建立城市暴雨内涝快速预测模型。以北京市某区域为例,开展算例研究,结果表明:随机森林模型的空间预测效果最佳,淹没范围预测准确率可达99.51%,积水深度平均预测误差3.55%;LSTM神经网络模型能准确预测内涝点积涝过程的水深时序变化。在该算例场景下,所构建的机器学习模型可实现s级的暴雨内涝时空快速预测。 展开更多
关键词 暴雨内涝 时空快速预测 机器学习 随机森林 长短期记忆(lstm)神经网络
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