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智能优化算法 神经网络预测 雷达通信 无线传感器 电力系统
信号处理 图像处理 路径规划 元胞自动机 无人机
⛄ 内容介绍
在当今数据驱动的世界中,数据分类是一项至关重要的任务。通过对数据进行分类,我们可以从中获取有价值的信息和见解,从而做出更明智的决策。在机器学习领域,有许多不同的算法和技术可用于数据分类,其中包括神经网络。
神经网络是一种模仿人脑神经系统的计算模型,它由多个神经元组成,这些神经元通过连接来传递信息。神经网络已经在各个领域取得了显著的成功,尤其是在图像和语音识别方面。然而,传统的神经网络在训练过程中需要大量的计算资源和时间,并且容易陷入局部最优解。
为了克服这些问题,近年来出现了一种新的神经网络算法,即极限学习机(Extreme Learning Machine,简称ElM)。ElM是一种单层前馈神经网络,其隐藏层的权重和偏差是随机初始化的,而输出层的权重则通过最小二乘法进行计算。相比传统的神经网络,ElM具有更快的训练速度和更好的泛化能力。
然而,ElM在处理复杂数据分类问服务器托管网题时仍然存在一些挑战。为了进一步提高ElM的性能,我们可以使用遗传算法对ElM进行优化。遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法,通过遗传操作(如选择、交叉和变异)来搜索最优解。通过将遗传算法与ElM相结合,我们可以找到更好的权重和偏差配置,从而提高ElM的分类准确性。
优化ElM神经网络的过程可以分为以下几个步骤:
- 数据准备:首先,我们需要准备用于训练和测试的数据集。数据集应该包含已标记的样本,并且应该经过预处理以消除噪声和不必要的特征。
- ElM模型构建:接下来,我们需要构建ElM神经网络模型。ElM包括输入层、隐藏层和输出层。隐藏层的神经元数量可以根据问题的复杂性进行调整。
- 遗传算法优化:然后,我们使用遗传算法对ElM进行优化。遗传算法的参数设置和操作选择将对优化结果产生重要影响。我们可以通过交叉验证等技术来选择最佳参数和操作。
- 训练和测试:接下来,我们使用优化后的ElM模型对训练数据进行训练,并使用测试数据进行评估。通过比较预测结果和实际标签,我们可以计算分类准确性和其他评估指标。
通过以上步骤,我们可以实现基于遗传算法优化的ElM神经网络的数据分类。这种方法在处理复杂数据集时具有较好的性能,并且可以提供高准确性的分类结果。
总结起来,ElM是一种有效的神经网络算法,它通过随机初始化隐藏层权重和偏差,通过最小二乘法计算输出层权重。然而,为了进一步提高ElM的性能,我们可以使用遗传算法进行优化。通过将遗传算法与ElM相结合,我们可以找到更优的权重和偏差配置,从而提高ElM的分类准确性。这种基于遗传算法优化的ElM神经网络方法在数据分类中具有广泛的应用前景,可以帮助我们从数据中获得更准确和有用的信息。
⛄ 部分代码
% BS2RV.m - Binary string to real vector
%
% This function decodes binary chromosomes into vectors of reals. The
% chromosomes are seen as the concatenation of binary strings of given
% length, and decoded into real numbers in a specified interval using
% either standard binary or Gray decoding.
%
% Syntax: Phen = bs2rv(Chrom,FieldD)
%
% Input parameters:
%
% Chrom - Matrix containing the chromosomes of the current
% population. Each line corresponds to one
% individual's concatenated binary string
% representation. Leftmost bits are MSb and
% rightmost are LSb.
%
% FieldD - Matrix describing the length and how to decode
% each substring in the chromosome. It has the
% following structure:
%
% [len; (num)
% lb; (num)
% ub; (num)
% code; (0=binary | 1=gray)
% scale; (0=arithmetic | 1=logarithmic)
% lbin; (0=excluded | 1=included)
% ubin]; (0=excluded | 1=included)
%
% where
% len - row vector containing the length of
% each substring in Chrom. sum(len)
% should equal the individual length.
% lb,
% ub - Lower and upper bounds for each
% variable.
% code - binary row vector indicating how each
% substring is to be decoded.
% scale - binary row vector indicating where to
% use arithmetic and/or logarithmic
% scaling.
% lbin,
% ubin - binary row vectors indicating whether
% or not to include each bound in the
% representation range
%
% Output parameter:
%
% Phen - Real matrix containing the population phenotypes.
%
% Author: Carlos Fonseca, Updated: Andrew Chipperfield
% Date: 08/06/93, Date: 26-Jan-94
function Phen = bs2rv(Chrom,FieldD)
% Identify the population size (Nind)
% and the chromosome length (Lind)
[Nind,Lind] = size(Chrom);
% Identify the number of decision variables (Nvar)
[seven,Nvar] = size(FieldD);
if seven ~= 7
error('FieldD must have 7 rows.');
end
% Get substring properties
len = FieldD(1,:);
lb = FieldD(2,:);
ub = FieldD(3,:);
code = ~(~FieldD(4,:));
scale = ~(~FieldD(5,:));
lin = ~(~FieldD(6,:));
uin = ~(~FieldD(7,:));
% Check substring properties for consistency
if sum(len) ~= Lind,
error('Data in FieldD must agree with chromosome length');
end
if ~all(lb(scale).*ub(scale)>0)
error('Log-scaled variables must not include 0 in their range');
end
% Decode chromosomes
Phen = zeros(Nind,Nvar);
lf = cumsum(len);
li = cumsum([1 len]);
Prec = .5 .^ len;
logsgn = sign(lb(scale));
lb(scale) = log( abs(lb(scale)) );
ub(scale) = log( abs(ub(scale)) );
delta = ub - lb;
Prec = .5 .^ len;
num = (~lin) .* Prec;
den = (lin + uin - 1) .* Prec;
for i = 1:Nvar,
idx = li(i):lf(i);
if code(i) % Gray decoding
Chrom(:,idx)=rem(cumsum(Chrom(:,idx)')',2);
end
Phen(:,i) = Chrom(:,idx) * [ (.5).^(1:len(i))' ];
Phen(:,i) = lb(i) + delta(i) * (Phen(:,i) + num(i)) ./ (1 - den(i));
end
expand = ones(Nind,1);
if any(scale)
Phen(:,scale) = logsgn(expand,:) .* exp(Phen(:,scale));
end
⛄ 运行结果
⛄ 参考文献
[1] 刘子诺.基于秃鹰搜索算法和极限学习机的股票价格预测模型[J].中国管理信息化, 2022, 25(22):157-160.
[2] 徐翠.改进极限学习机亚健康识别算法研究[D].辽宁大学,2016.
[3] 秦岭,王东星,史明泉,等.基于遗传算法优化ELM神经网络的室内可见光定位系统[J].中国激光, 2022, 49(21):10.DOI:10.3788/CJL202249.2106001.
[4] 姚鹏.基于遗传算法的加权ELM分类模型中权重学习[D].深圳大学,2018.
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1 各类智能优化算法改进及应用
生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化
2 机器学习和深度学习方面
卷积神经网络(CNN)、LSTM、支持向量机(SVM)、最小二乘支持向量机(LSSVM)、极限学习机(ELM)、核极限学习机(KELM)、BP、RBF、宽度学习、DBN、RF、RBF、DELM、XGBOOST、TCN实现风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断
2.图像处理方面
图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知
3 路径规划方面
旅行商问题(TSP)、车辆路径问题(VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等)、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、车辆协同无人机路径规划、天线线性阵列分布优化、车间布局优化
4 无人机应用方面
无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化
5 无线传感器定位及布局方面
传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化
6 信号处理方面
信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化
7 电力系统方面
微电网优化、无功优化服务器托管网、配电网重构、储能配置
8 元胞自动机方面
交通流 人群疏散 病毒扩散 晶体生长
9 雷达方面
卡尔曼滤波跟踪、航迹关联、航迹融合
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