催化裂化反再系统的故障诊断方法研究

考虑到石油化工过程系统复杂,变量繁多,非线性关系极强,故障样本数据难于获取,故利用支持向量机对炼油厂催化裂化装置反应再生子系统的故障状态进行模式识别;且支持向量机参数C、σ对分类精度有很大影响,采用了改进的遗传算法对其进行优化;并采用了决策树算法进行多类分类,根据类间分离测度,从最难分类(类间分离测度最小)的两类样本集开始训练,将其合并为一个类簇后同其他样本集一起,再从中寻找最难分类的两个样本集合并,如此逐步合并最终得到训练模型;实验结果表明,利用改进的遗传算法优化惩罚系数C和核函数参数σ后,缩短了分类时间,提高了分类准确率,基于决策树算法的支持向量机能有效地解决一对一和一对多分类算法中存在的无法辨识区域的问题,能很好地识别故障类型,对催化裂化装置的故障诊断有显著的指导作用。     

基于自适应遗传算法的SVM参数优化

针对基于遗传算法支持向量机(SVM)训练时间较长以及分类精度较网格搜索法有所降低等问题,通过重新定义遗传算法参数的寻优范围,提出一种自适应遗传算法;该算法根据网格搜索法得到遗传算法参数的最佳寻优范围,然后遗传算法在这个范围内进行参数的精确寻优,最后得到分类的结果;这样不仅可以有效缩短训练时间,而且拥有更高的分类正确率;通过UCI中的10组经典数据集的实验结果可知,自适应遗传算法较之网格搜索法、 常规遗传算法、粒子群算法在训练时间上有较大的提升,并且拥有较高的分类准确率。     

用改进的遗传算法和高斯牛顿法联合反演三维地下水流模型参数

遗传算法在处理非线性优化问题时具有较好的全局搜索性能,但在局部搜索时搜索效率不高,解的精度亦不高,高斯牛顿法在处理非线性优化问题时的性质正好和遗传算法相反,利用遗传算法和高斯牛顿法的优点,用改进的遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水数值模型参数.首先用遗传算法求出地下水模型参数的初值,然后利用这组初值用高斯牛顿法进行数值模型参数的反演,并以一非均质各向同性三维承压非稳定流理想模型为例,结合有限元法讨论了用遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水数值模型参数的过程.计算结果表明,联合参数反演方法,具有收敛速度快、解的精度高的特点,在地下水渗流和水资源评价等领域可广泛应用.     

AGA-BP模型在遥感影像分类中的应用研究

作为遥感研究的关键技术,遥感影像分类一直是遥感研究热点;针对目前采用BP神经网络模型进行遥感影像分类时存在的对初始权阈值敏感、易陷入局部极值和收敛速度慢的问题,为了提高BP模型遥感影像分类精度,将自适应遗传算法引入到BP网络模型参数选择中;首先运用自适应遗传算法对BP模型权阈值参数进行初始寻优,再用改进BP算法对优化的网络模型权阈值进一步精确优化,随后建立基于自适应遗传算法的BP网络分类模型,并将其应用到遥感影像数据分类研究中;仿真结果表明,新模型有效提高了遥感影像分类准确性,为遥感影像分类提出了一种新的方法,具有广泛研究价值。     

基于Hadoop的GA-BP网络在山洪预测中的研究

研究了山洪灾害监测预警系统中雨情数据的分布式存储和分布式预测。针对采集到的水文数据急剧增长和对预测精度和预报时效的要求不断提高,分别应用Hadoop分布式文件系统对数据进行分布式存储和 MapReduce框架结合遗传算法优化神经网络的权值和阈值进行分布式预测。采用基于BP神经网络的多因子山洪灾害雨量预测模型,结合遗传算法能够实现全局优化特点来优化神经网络的权值和阈值,并在数据并行处理过程中,采用了批处理和MapReduce工作流的方式,以误差和准确率来评估预测模型,解决了神经网络在处理海量数据时训练时间长等问题。实验表明,该方法可以在不影响准确度的前提下,大大缩短运行时间,提高预测效率。     

基于多标签共享子空间学习和内核脊回归的空谱分类算法

针对高光谱图像维度高、地物间非线性可分造成的分类精度低等问题,提出一种基于多标签共享子空间和内核脊回归的空谱分类算法.该算法利用内核脊回归将地物相近像素在线性空间的不可分特征映射到高维空间中,实现分类特性在高维空间下的有效分离,以提高地物相近特性的区分精度;同时将高维样本数据映射到低维共享子空间中,在低维环境下以多类标为指导,引入低秩矩阵建立类别标签与共享空间的预测关系,挖掘多标签间的共同特性,提高融合利用多类别间的共同属性提高高光谱图像的分类精度;最后利用奇异值分解迭代法求解目标函数,一定程度上加速参数求解.在Indian Pines和Pavia University两组高光谱数据集上进行仿真实验,实验结果表明,与其他同类算法相比,在低样本比例下,本文算法在总体分类精度、平均分类精度和Kappa系数等评价指标上至少提高4.76%、4.24%和5.19%,与非内核化的算法相比,本文算法在基本不增加运行时间的情况下总体分类精度、平均分类精度和Kappa系数至少提高2.92%、2.8%和3.48%.     

基于微种群遗传算法和自适应BP算法的遥感图像分类

介绍了采用微种群遗传算法和自适应BP算法相结合的混合遗传算法来训练前向人工神经网络(BPNN)的方法。即先用微种群遗传学习算法进行全局训练,再用自适应BP算法进行精确训练,以达到加快网络收敛速度和避免陷入局部极小值的目的。将此算法用于遥感图像分类,网络的训练速度及分类结果表明,该算法收敛速度较快,预测精度较高。     

基于遗传注意力机制的DLSTM电力系统混沌预测

提出一种基于遗传算法优化注意力机制的深度长短期记忆网络(DLSTM)方法,用于电力系统的混沌预测。通过传递共享参数,将遗传算法优化的注意力机制加入DLSTM模型中,可以挖掘时间序列中潜在特征,同时避免陷入局部优化。该方法是一种受进化计算方法启发的寻优方法,可以很好地学习注意力层中的参数。电力系统混沌预测实验表明所提模型比其他参考模型具有更高的预测精度和长期预测能力。     

一种基于相关分析的局域最小二乘支持向量机小尺度网络流量预测算法

本文分析了网络流量数据的特性,针对传统预测算法在预测网络流量时的缺陷提出了一种基于相关分析的相关局域最小二乘支持向量机(LSSVM)预测算法.算法在对训练数据重构相空间后,利用相关分析同时从距离相关和时间相关的训练样本中选择最优的训练子集,结合自适应参数优化的LSSVM预测模型对小尺度网络流量进行预测.通过选用实际情况下的网络流量数据对算法进行测试验证,结果显示本文所提算法不仅优于传统的全局预测算法,同时也优于各种改进的局域预测算法.算法不仅在预测精度上取得大幅的性能提升,同时能够通过留一交叉验证法在预测之前就完成预测模型和训练子集的优化.     

基于光谱与空间特征结合的改进高光谱数据分类算法

针对仅利用光谱信息进行分类未充分利用高光谱数据图谱合一特性的问题,提出了基于马尔可夫随机场的改进分类模型,利用基于最大后验概率的马尔科夫随机场模型进行光谱与空间信息的融合应用,采用基于光谱信息的概率支持向量机方法提高马尔科夫随机场模型中光谱能量函数项的类条件概率估计精度,设计基于信息传播策略、信息更新策略、多尺度传播策略的多重加速策略的高效置信传播优化算法,解决了马尔科夫随机场模型中全局能量最小化优化过程中计算复杂度高、计算耗时等问题。利用航空可见-近红外成像光谱仪AVIRIS对美国印第安纳州西北部的农业示范区数据进行应用分析,并与迭代条件模型、模拟退火、置信传播等方法进行性能比较,试验结果表明：该方法能够达到总体分类精度95.78%、Kappa系数0.933 4,优于现有马尔科夫随机场分类算法,并且计算效率比置信传播优化算法提高了3倍以上。     

基于属性约简的应用服务器优化算法改进

优化参数配置是优化应用服务器性能的重要方面;基于传统参数调节的优化策略耗时耗力缺乏系统性和规律性;利用模块化思想针对目标决策函数对应用服务器参数进行分类,可构建条件属性约简模型;基于属性约简的应用服务器优化算法,可去除对于目标决策函数相对不重要的参数,并获得相对重要的参数,从而达到锁定目标重点调节,快速提高系统性能的目的;现有的约简模型优化算法多基于经典粗糙集理论,在等价关系的基础上构造分类,容易造成大量的信息破坏和流失;文章通过拓展等价关系到一般二元关系,利用广义粗糙集理论改良了基于模块化思想和属性约简模型的应用服务器优化算法,通过定义辨识函数对条件属性进行约简,再结合依赖度计算,得到最终目标参数。     

基于拉曼光谱技术的海水微塑料快速识别技术研究

近年来由于塑料的大量使用和排放,这些塑料经环境作用破碎变成微塑料大量汇聚到海洋中,导致海洋中聚集大量微塑料。微塑料形状较小,难以识别其来源与种类。激光拉曼探测技术具有快速、无损、且各物质指纹峰明显易被精确识别等优点,近年来被广泛应用。本文基于拉曼光谱探测技术,提出了一种结合小波处理、随机森林算法实现海水中微塑料快速识别的智能分类方法。针对六种典型的海水微塑料标准样品（丙烯腈(A)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)的三元共聚物（ABS）、聚酰胺（PA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC））,采用激光拉曼探测技术进行光谱数据收集,对获取的拉曼光谱采用小波基为DB7、分解次数为3的小波,标准差归一化进行了拉曼光谱预处理。为了提高识别速度,同时还需要对光谱数据进行数据压缩预处理,分别进行了数据压缩点为64,128,256,512和1 024点的数据压缩比较,它们的决策树算法识别精度分别为91.51%,91.67%,92.35%,93.17%和93.21%,随机森林算法识别精度分别为93.12%,93.92%,94.83%,96.81%和96.81%,实验结果表明,微塑料的拉曼光谱压缩为512点时为效率和精度的最佳压缩点,可以为实际工程应用中微塑料拉曼数据压缩提供参考。分别采用决策树、随机森林两种算法进行微塑料拉曼光谱识别研究。研究结果表明,基于拉曼光谱数据,随机森林算法的识别微塑料交叉验证精度高于决策树算法。为进一步提高识别精度,进行了模型参数（折次k）优化研究,采用经过优化后的模型参数（k=20）,随机森林算法识别微塑料的交叉验证精度可以达到97.24%。可以为实际海水中微塑料的快速识别提供技术参考。     

A Two-Parameter Fractional Tsallis Decision Tree

Decision trees are decision support data mining tools that create, as the name suggests, a tree-like model. The classical C4.5 decision tree, based on the Shannon entropy, is a simple algorithm to calculate the gain ratio and then split the attributes based on this entropy measure. Tsallis and Renyi entropies (instead of Shannon) can be employed to generate a decision tree with better results. In practice, the entropic index parameter of these entropies is tuned to outperform the classical decision trees. However, this process is carried out by testing a range of values for a given database, which is time-consuming and unfeasible for massive data. This paper introduces a decision tree based on a two-parameter fractional Tsallis entropy. We propose a constructionist approach to the representation of databases as complex networks that enable us an efficient computation of the parameters of this entropy using the box-covering algorithm and renormalization of the complex network. The experimental results support the conclusion that the two-parameter fractional Tsallis entropy is a more sensitive measure than parametric Renyi, Tsallis, and Gini index precedents for a decision tree classifier.     

改进粒子群优化算法的高光谱波段选择

高光谱图像具有数百个连续、狭窄的光谱带,光谱范围跨越可见光到红外光,可提供地物的精细光谱属性,对于地物材质和属性的识别分类具有重要应用价值。针对感兴趣目标选择有限的光谱波段进行传输和处理,对于提升高光谱数据处理时效性、以及设计面向特定应用的实用化光谱仪都具有重要意义。而如何结合目标特征选择最优波段成为在提升处理效率的同时保证目标识别或分类精度的必然要求。因此如何从数以百计维度的高光谱图像中选择出具有较好分类识别能力的波段子集是急需解决的问题。提出基于改进粒子群优化算法的高光谱波段选择方法,该方法区别于传统的粒子群优化算法,引入 “概率突跳特性”,并设定新解的淘汰机制,将“停滞”的新解进行淘汰,提高了算法的全局寻优性能。然后基于目标光谱特征采用了最优波段选择的优化目标函数,通过改进的粒子群优化算法求解目标函数,并将选定的波段子集反馈到支持向量机（SVM）中执行分类应用。采用两个标准的高光谱数据集（Indian Pines, Salinas）对选择出的波段子集进行分类测试,结果表明该方法相较于现有方法具有较高的分类精度,在几种方法中,传统的粒子群算法筛选出的波段效果最差;该算法筛选出的波段的分类精度最好,两个数据集的分类精度分别可以达到98.141 4%和99.084 8%。     

基于遗传算法-支持向量机的兔肝VX2肿瘤光谱鉴别

兔肝VX２肿瘤是一种快速生长的肿瘤模型,可以在多种器官如肝、肺、直肠等快速生长,常用于肿瘤研究。采用可见-近红外高光谱技术对四只兔子的兔肝VX２肿瘤和正常组织进行活体和离体的反射光谱检测,然后采用支持向量机分别实现了二分类(正常肝组织和肝VX2肿瘤组织)和四分类(未出血活体正常肝组织、未出血活体VX2肿瘤组织、出血离体正常肝组织和出血离体肝VX2肿瘤组织)。根据其光谱反射曲线的特征,选择了400～1 800 nm区间的数据为特征变量。为进一步提高分类准确率,分别采用5折交叉验证和遗传算法对支持向量机的核函数参数g和惩罚因子c进行了优化。其中5折交叉验证优化参数和分类结果为：二分类优化的惩罚参数c为4,核函数参数g为0.125 0,其校正集和预测集的准确率都达到了100%;四分类中优化出的参数c为8,g为0.121 1,其校正集和预测集的准确率分别达到了99.242 4%和93.333%。遗传算法优化参数和结果为：二分类中优化的参数c为0.845 6,g为0.062 5,其校正集和预测集的准确率同样都达到了100%;四分类中优化的参数c为5.5307,g为0.068 5,其校正集和预测集的准确率分别达到了99.242 4%和100%。结果显示两种优化方法都取得了很好的效果,遗传算法优化参数对四分类的分类更为精确。为进一步提升算法速度,采用间隔选取变量的方法来不断减少特征变量,最终每隔100 nm谱段选择一个变量,共选择14个谱段作为特征变量。采用遗传算法优化支持向量机参数并对其分类进行了研究,结果表明：二分类和四分类的校正集和预测集结果准确率均为99.242 4%,而且运行时间分别为11.4和20.0 s, 与选择全波段的运行时间：340.3和491.0 s相比, 说明多光谱技术可以进行肝VX2肿瘤组织和正常肝组织的鉴别,且分类准确率可达99%以上,而且运行时间缩短了很多。为未来多光谱技术在未来临床肿瘤诊断中实现肿瘤组织的快速实时在线检测和分类奠定了基础,显示出巨大的应用潜力。     

基于分类模式树的恒星光谱自动分类方法

频繁模式是频繁出现在数据集中的模式,在数据挖掘中起着非常重要的作用。针对恒星光谱分类任务,在频繁模式的基础上,提出一种基于分类模式树的恒星光谱分类规则挖掘方法。首先根据数据库中恒星光谱各属性出现的频率不同,其在分类中的重要程度也不同的特征,提出一种新的树型结构——分类模式树,给出了相关概念及其构造方法SSCPTC,然后,将恒星光谱的特征信息映射到分类模式树上,通过采用自顶向下和自底向上两种模式相结合的方法对分类模式树进行遍历,实现分类规则的提取,同时引入模式有用度的概念来调整分类规则的数量、提高分类模式树的构造效率;最后采用国家天文台提供的SDSS恒星光谱作为实验数据,验证了该方法的正确性,而且具有较高的分类正确率。     

基于朴素贝叶斯算法的社交网络数据挖掘技术研究

近年来,随着互联网技术飞速发展与普及,大量社交网络平台迅速崛起。社交网络平台拉近了日常人际关系,提供了便捷的信息通讯交流通道。同时,针对社交网络平台数据挖掘的技术研究成为不可缺少的网络数据研究领域一部分。现有社交网络数据挖掘技术所采用的传统数据挖掘算法与数据分离模式,存在大数据多元特征条件下,数据挖掘准确度降低、挖掘分类逻辑混乱等现象。针对问题产生根源,提出基于朴素贝叶斯算法的社交网络数据挖掘技术研究。采用基于朴素贝叶斯算法设计的PCIE-FN社交网络数据挖掘平台进行全面化的深入性解决。通过实验证明,提出的基于朴素贝叶斯算法的社交网络数据挖掘技术研究,各项数据满足社交网络数据挖掘日常应用要求。     

基于XGBOOST的恒星光谱分类特征数值化

恒星光谱分类是研究恒星的基础性工作之一,常用的光谱分类是基于20世纪70年代Morgan和Keenan建立起来的并逐步完善的MK分类系统。然而基于MK规则的交互式决策分类系统对处理海量天文光谱数据存在着一定的困难。目前光谱巡天一般采用的自动化分类则是模版匹配方法而忽略对谱线特征的测量。怎样自动、客观地提取海量光谱中的分类特征并应用这些特征进行分类可以对天体的物理化学性质的统计分析至关重要。针对此问题,通过机器学习和计算光谱的谱线指数结合的方法,提取光谱特征,并通过大数据分析定量地确定对光谱特征谱线的分类判据（数值化）,确定每一类光谱具有物理意义的特征谱线的强度分布。首先对LAMOST DR4恒星光谱测量其谱线指数作为输入,光谱的分类标记采用官方发布的分类结果。使用XGBoost算法进行自动分类及特征排序,从而获得已知或未知的对于分类决策最为敏感的谱线。首先,选取高信噪比（S/N>30）、被LAMOST标记为B,A,F和M的恒星光谱数据,总计约414万个。然后,对光谱数据计算谱线指数从而使其得到降维处理,过滤冗余信息。其次,将处理后的恒星光谱数据随机划分为训练集和测试集,通过适当调整算法参数,用训练集得到所需要的分类决策树模型,用测试集测试其稳定性和可用性,以防止出现过拟合,同时使用算法自带函数进行提取分类特征。最后,输出并整理实验中算法所得的决策树模型,并挑选其概率比较大的分支作为最终的决策树模型。通过实验,可以发现在固定参数下,XGBoost所得的模型有一定的自适应性,较少受数据集影响,总体准确率可达88.5%;同时其所输出的分类决策树与已知的特征较为吻合,而且可以获得基于大数据的、数值化的特征谱线对应分类的范围,为完善基于特征的分类提供定量的规则。     

数据挖掘在肺结核疾病智能决策中的应用研究

针对单一数据挖掘方法对肺结核疾病诊断效率低、准确性不高的问题,本研究对北京市昌平区结核病防治所,北京市结核病控制研究所的1203例肺结核病人档案资料构建了电子档案,采用粗糙集和决策树结合方法建立肺结核疾病诊断模型,并对其准确性进行评估,在此基础上构建肺结核疾病诊断系统。在研究中,使用粗糙集和决策树相结合的方法进行属性约简,约简掉冗余属性57个,剩余属性22个,得到决策规则7条,模型准确率为83.46%。与未未约简的方法相比,决策规则减少128%,模型准确率基本保持不变。研究结果表明：使用该组合算法,在保证模型准确率的同时,降低了算法的时间和空间复杂性,提高了挖掘效率,为临床诊断提供了一定的借鉴。