基于视神经网络的混沌时间序列奇异信号实时检测算法

提出了一种基于视神经网络的实时检测混沌时间序列中的奇异点算法,设计了视神经网络奇异点检测器(RNNND);然后设计了基于反向传播(BP)神经网络和径向基函数(RBF)神经网络的混沌时间序列奇异点检测器.利用Lorenz理论模型产生的时间序列和实测输油管道压力时间序列分别检验了这3个奇异点检测器在抗干扰能力、检测微弱信号能力和运算速度等方面的性能.仿真和分析表明,RNNND具有良好的检测精度和较快检测速度.最后详细分析了3种奇异点检测器优缺点并给出了适用场合.     

储备池状态空间重构与混沌时间序列预测

分析了现有的基于回声状态网络(ESN)的迭代预测方法，指出了该方法在理论上存在的问题以及应用中存在的障碍.提出了一种基于储备池的直接预测方法，该方法利用预测原点和预测时域之间的关系直接构建预测器，因此可以预先对预测器的稳定性施加约束，从而避免了在迭代预测方法中由于网络回路闭合而产生的稳定性问题.在仿真中，首先以Lorenz时间序列为例分析了迭代预测方法在闭合回路前后储备池的变化情况，然后通过Mackey-Glass标杆问题的测试验证了直接预测方法的可行性.     

基于改进教学优化算法的Hermite正交基神经网络混沌时间序列预测

针对传统预测模型对混沌时间序列预测精度低、收敛速度慢及模型结构复杂的问题, 提出了基于改进教学优化算法的Hermite正交基神经网络预测模型. 首先, 将自相关法和Cao方法相结合对混沌时间序列进行相空间重构, 以获得重构延迟时间向量; 其次, 以Hermite正交基函数为激励函数构成Hermite正交基神经网络, 作为预测模型; 最后, 将模型参数优化问题转化为多维空间上的函数优化问题, 利用改进教学优化算法对预测模型进行参数优化, 以建立预测模型并进行预测分析. 分别以Lorenz 系统和Liu系统为模型, 通过四阶Runge-Kutta法产生混沌时间序列作为仿真对象, 并进行单步及多步预测对比实验. 仿真结果表明, 与径向基函数神经网络、回声状态网络、最小二乘支持向量机及基于教学优化算法的Hermite正交基神经网络预测模型相比, 所提预测模型具有更高的预测精度、更快的收敛速度和更简单的模型结构, 验证了该模型的高效性, 便于推广和应用.     

基于混合神经网络和注意力机制的混沌时间序列预测

为提高混沌时间序列的预测精度,提出一种基于混合神经网络和注意力机制的预测模型(Att-CNNLSTM),首先对混沌时间序列进行相空间重构和数据归一化,然后利用卷积神经网络(CNN)对时间序列的重构相空间进行空间特征提取,再将CNN提取的特征和原时间序列组合,用长短期记忆网络(LSTM)根据空间特征提取时间特征,最后通过注意力机制捕获时间序列的关键时空特征,给出最终预测结果.将该模型对Logistic,Lorenz和太阳黑子混沌时间序列进行预测实验,并与未引入注意力机制的CNN-LSTM模型、单一的CNN和LSTM网络模型、以及传统的机器学习算法最小二乘支持向量机(LSSVM)的预测性能进行比较.实验结果显示本文提出的预测模型预测误差低于其他模型,预测精度更高.     

用于混沌时间序列预测的多簇回响状态网络

研究了混沌时间序列预测问题.提出了一种由五元生长因子组调控的类皮层神经网络模型,即多簇回响状态网络模型（MCESN）.研究表明该生长因子组能够有效决定模型的拓扑性质;同时具备小世界和无标度等复杂网络特征的MCESN能够获得较优的预测结果.通过Monte Carlo仿真实验表明,该模型不仅训练算法简单,而且与常规回响状态网络比较,预测结果的精度更高、标准差更小. 关键词： 混沌时间序列预测 回响状态网络 复杂网络 Ω复杂性')" href="#">Ω复杂性     

基于混沌算子网络的时间序列多步预测研究

结合相空间重构理论和时间序列分析理论,提出一种用于时间序列多步预测的网络模型.网络采用多个混沌算子加权求和的形式构成.网络各层单元采用固定权值连接,混沌算子的控制参数利用混沌优化算法进行训练调节,从而控制预测网络的动力学行为.利用已知时间序列数据构造出训练样本,训练样本在网络训练过程中仅使用一次,促使网络的动力学特性随时间的推移而变化,并逐渐逼近被预测系统的动力学特性,最终完成对未来时刻数据的预测.在对理论数据进行预测分析时,通过计算预测序列的Lyapunov指数验证了预测网络的有效性.在对实际时间序列的预测过程中,该网络表现出了良好的预测性能.仿真结果表明,该预测网络可对多种时间序列在一定的预测步长范围内实现有效的预测.     

多元混沌时间序列的多核极端学习机建模预测

多元混沌时间序列广泛存在于自然、经济、社会、工业等领域. 对多元混沌时间序列进行建模预测有助于人类更好地管理, 控制与决策. 针对多元混沌时间序列的建模预测问题, 本文提出一种基于多核极端学习机的预测方法. 首先对多元混沌时间序列进行相空间重构, 将多元混沌时间序列序列的时间相关性转化为空间相关性. 提出一种结合多核学习算法与核极端学习机模型的多核极端学习机建立相空间中输入输出数据的非线性映射. 多核极端学习机模型结合了多核学习算法的数据融合能力以及核极端学习机的训练简便优势. 基于Lorenz混沌时间序列预测和San Francisco河流月径流量预测的仿真实验表明, 与其他常见混沌时间序列预测方法相比, 本文提出的基于多核极端学习机的多元混沌时间序列预测方法具有更小的预测误差.     

New prediction of chaotic time series based on local Lyapunov exponent

A new method of predicting chaotic time series is presented based on a local Lyapunov exponent, by quantitatively measuring the exponential rate of separation or attraction of two infinitely close trajectories in state space. After reconstructing state space from one-dimensional chaotic time series, neighboring multiple-state vectors of the predicting point are selected to deduce the prediction formula by using the definition of the local Lyapunov exponent. Numerical simulations are carried out to test its effectiveness and verify its higher precision over two older methods. The effects of the number of referential state vectors and added noise on forecasting accuracy are also studied numerically.     

基于一种新型聚类算法的RBF神经网络混沌时间序列预测

运用两阶段学习方法构建径向基函数(RBF)神经网络模型预测混沌时间序列.在利用非监督学习算法确定网络隐层中心时,提出了一种基于高斯基的距离度量,并联合输入输出聚类的策略.基于Fisher可分离率设计高斯基距离度量中的惩罚因子,可以提高聚类的性能.而输入输出聚类策略的引入,建立了聚类性能与网络预测性能之间的联系.因此,根据本文方法构建的网络模型,一方面可以加快网络训练的速度,另一方面可以提高预测性能.将该方法对Mackey-Glass, Lorenz和Logistic混沌时间序列进行了预测仿真研究,仿真结果表明了该方法的有效性. 关键词： 混沌时间序列 预测 径向基神经网络 聚类     

基于模糊边界模块化神经网络的混沌时间序列预测

提出一种模糊边界模块化神经网络（FBMNN）的混沌时间序列预测方法,该方法先对混沌时间序列观测点重构的相空间进行模块化划分,划分点的选取由遗传算法自动寻优.然后定义一个模糊隶属度函数,在划分边界一侧按照一定的模糊隶属度设定模糊边界带,通过模糊化处理,解决了各模块划分点附近预测结果的跳跃问题.最后每一模块,及其模糊边界的样本点都对应一个递归神经网络进行训练,通过预测合成模块输出结果.该方法对三个混沌时间序列基准数据集Mackey-Glass,Lorenz,Henon进行实验,结果表明该方法有效地提高了混沌时间序列预测效果. 关键词： 模糊边界 模块化神经网络 混沌时间序列 预测     

基于分形自仿射的混沌时间序列预测

从混沌与分形的关系出发，基于奇怪吸引子的分形结构和时间序列的自仿射特性，提出了一种混沌时间序列的预测方法.采用迭代函数系统跟踪混沌的局部运动轨迹，由此确定统计意义上仿射性能最优的时间序列段，并根据吸引子定理和拼贴定理建立预测模型.以Mackey-Glass混沌系统、脑电信号和Lorenz混沌系统等三种混沌系统为例进行预测试验，结果表明本方法能对混沌时间序列进行准确预测，且对混沌时间序列先验知识要求少，具有广泛的实用性. 关键词： 自仿射 迭代函数系统 混沌时间序列 预测     

基于模糊模型的混沌时间序列预测

对于复杂、病态、非线性动态系统，基于模糊集合的模糊模型，利用模糊推理规则描述动态系统的特性，是一种有效方法.讨论了利用模糊建模方法实现非线性系统的建模和预测.首先，利用在线模糊竞争学习方法划分输入变量的模糊输入空间，然后利用卡尔曼滤波算法估计模糊模型的参数.采用该方法对Mackey Glass混沌时间序列进行预测试验，结果表明利用本方法可以在线或者离线能对Mackey Glass混沌时间序列进行准确预测，证明了本方法的有效性. 关键词： 模糊竞争学习 混沌时间序列 卡尔曼滤波     

Improving the prediction of chaotic time series

One of the features of deterministic chaos is sensitive to initial conditions. This feature limits the prediction horizons of many chaotic systems. In this paper, we propose a new prediction technique for chaotic time series. In our method, some neighbouring points of the predicted point, for which the corresponding local Lyapunov exponent is particularly large, would be discarded during estimating the local dynamics, and thus the error accumulated by the prediction algorithm is reduced. The model is tested for the convection amplitude of Lorenz systems. The simulation results indicate that the prediction technique can improve the prediction of chaotic time series.     

一种新型广义RBF神经网络在混沌时间序列预测中的研究

提出了一种新颖的广义径向基函数神经网络模型,其径向基函数(RBF)的形式由生成函数确定.然后,给出了易实现的梯度学习算法,同时为了进一步提高网络的收敛速度和网络性能,又给出了基于卡尔曼滤波的动态学习算法.为了验证网络的学习性能，采用基于卡尔曼滤波算法的新型广义RBF网络预测模型对Mackey-Glass混沌时间序列和Henon映射进行了仿真.结果表明,所提出的新型广义RBF神经网络模型能快速、精确地预测混沌时间序列,是研究复杂非线性动力系统辨识和控制的一种有效方法. 关键词： 广义径向基函数神经网络 卡尔曼滤波 梯度下降学习算法 混沌时间序列 预测     

基于递阶模糊聚类的混沌时间序列预测

提出一种新的基于递阶模糊聚类系统的模糊建模方法.目的在于通过一系列的步骤优化T-S模糊模型结构，实现非线性系统的建模和预测.首先利用最近邻聚类法初始划分输入空间，得到规则数及初始聚类中心，用模糊C均值算法(FCM)进一步优化聚类中心；然后利用加权最小二乘法估计模糊模型的初始参数，进一步利用带遗忘因子的递推最小二乘法优化结论参数.采用该方法对Mackey-Glass混沌时间序列进行预测实验，结果表明可以对Mackey-Glass混沌时间序列进行准确建模和预测，证明了本方法的有效性. 关键词： 递阶模糊聚类 模糊建模 混沌时间序列 最小二乘     

基于最大Lyapunov指数的多变量混沌时间序列预测

参考基于最大Lyapunov指数的单变量混沌时间序列预测方法,提出一种通过选取多个邻近重构向量,预测多变量混沌时间序列的局域法.采用新方法对两个完全不同的Rssler方程的耦合系统,Rssler方程和Hyper Rssler方程的耦合系统的多变量混沌时序进行一步和多步预测,结果表明了该方法的有效性,且算法具有较强的抗噪能力.讨论了参考邻近点数和预测结果的关系. 关键词： Lyapunov指数 混沌时间序列预测 多变量时间序列 最小二乘法     

基于Cholesky分解的增量式RELM及其在时间序列预测中的应用

针对应用于混沌时间序列预测的正则极端学习机(RELM)网络结构设计问题,提出一种基于Cholesky分解的增量式RELM训练算法.该算法通过逐次增加隐层神经元的方式自动确定最佳的RELM网络结构,并以Cholesky分解方式计算其输出权值,有效减小了隐层神经元递增过程的计算代价.混沌时间序列预测实例表明,该算法可有效实现最佳RELM网络结构的自动确定,且计算效率高.利用该算法训练后的RELM预测模型具有预测精度高的优点,适用于混沌时间序列预测. 关键词： 神经网络 极端学习机 混沌时间序列 时间序列预测     

基于小波回声状态网络的混沌时间序列预测

混沌现象普遍存在于自然界及人类社会中,因此混沌时间序列预测具有重要意义. 提出了一种新的混沌时间序列预测模型------小波回声状态网络,该模型可以有效克服传统回声状态 网络模型中普遍存在的病态矩阵问题,提高了混沌时间序列预测精度.通过对Lorenz、含噪声Lorenz 及间歇式反应釜釜温三个时间序列的预测,将小波回声状态网络与传统回声状态网络进行了比较. 结果表明,小波回声状态网络与传统回声状态网络相比,预测精度提高一倍以上且预测结果更加稳定.     

Neural Volterra filter for chaotic time series prediction

A new second-order neural Volterra filter （SONVF） with conjugate gradient （CG） algorithm is proposed to predict chaotic time series based on phase space delay-coordinate reconstruction of chaotic dynamics system in this paper, where the neuron activation functions are introduced to constraint Volterra series terms for improving the nonlinear approximation of second-order Volterra filter （SOVF）. The SONVF with CG algorithm improves the accuracy of prediction without increasing the computation complexity. Meanwhile, the difficulty of neuron number determination does not exist here. Experimental results show that the proposed filter can predict chaotic time series effectively, and one-step and multi-step prediction performances are obviously superior to those of SOVF, which demonstrate that the proposed SONVF is feasible and effective.     

具有增加删除机制的正则化极端学习机的混沌时间序列预测

针对正则化极端学习机的隐层具有随机选择的特性,提出了一种增加删除机制来自适应地确定正则化极端学习机的隐层节点数. 这种机制以对优化目标函数影响的大小作为评价隐层节点优劣的标准,从而淘汰那些比较“差”的节点,将那些比较“优”的节点保留下来,起到一个优化正则化极端学习机隐层节点数的目的. 与已有的只具有增加隐层节点数的机制相比较,本文提出的增加删除机制在减少正则化极端学习机隐层节点数、增强其泛化性能、提高其实时性等方面具有一定的优势. 典型混沌时间序列的实例证明了具有增加删除机制的正则化极端学习机的有效性和可行性. 关键词： 混沌时间序列 人工神经网络 极端学习机