遗传算法极限学习机GA-ELM回归预测及其MATLAB代码实现

简介: 遗传算法极限学习机GA-ELM回归预测及其MATLAB代码实现

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⛄ 内容介绍

极限学习机(ExtremeLearningMachine,ELM)模型作为典型的单隐含层前馈神经网络,具有学习速度快,泛化能力较好的特点[15],但它采用梯度迭代法按照最大下降速度方向进行运算,往往需要设置较多的代数,容易陷入局部最优解。本文采用遗传算法(GeneticAlgorithm,GA)对其隐含层的初始权值与阈值进行优化,遗传算法是一种典型的动态随机搜索算法,该算法的优化过程借鉴了生物学中的进化理论,主要包括选择、交叉以及变异3个过程[16]。选择操作是基于群体中个体的适应度而进行的,目的是选择当代最优个体进入下一代的种群;交叉操作是遗传算法中最主要的步骤,作用是使群体中的不同个体相互作用产生新个体,从而增加种群的多样性;变异操作是指个体基因链的值随机变化,目的还是增加种群的多样性,详细步骤可参见文献[17]。遗传算法优化极限学习机(GA-ELM)的具体构建过程可以概述为:确定ELM的输入与输出样本集;确定对ELM初始权值及阈值的编码方式,采用二进制编码;随机采样产生第一代种群;分别进行选择、交叉以及变异的算子操作过程;计算每个个体的适应值,并排序选优;按照既定规则更新产生下一代种群直至满足终止条件为止,终止条件设置为预测值与期望值的误差矩阵的范数小于某一设定值(0.00001),具体模型流程如图1所示。

⛄ 部分代码

function Y = elmpredict(P,IW,B,LW,TF,TYPE)

% ELMPREDICT Simulate a Extreme Learning Machine

% Syntax

% Y = elmtrain(P,IW,B,LW,TF,TYPE)

% Description

% Input

% P   - Input Matrix of Training Set  (R*Q)

% IW  - Input Weight Matrix (N*R)

% B   - Bias Matrix  (N*1)

% LW  - Layer Weight Matrix (N*S)

% TF  - Transfer Function:

%       'sig' for Sigmoidal function (default)

%       'sin' for Sine function

%       'hardlim' for Hardlim function

% TYPE - Regression (0,default) or Classification (1)

% Output

% Y   - Simulate Output Matrix (S*Q)

% Example

% Regression:

% [IW,B,LW,TF,TYPE] = elmtrain(P,T,20,'sig',0)

% Y = elmtrain(P,IW,B,LW,TF,TYPE)

% Classification

% [IW,B,LW,TF,TYPE] = elmtrain(P,T,20,'sig',1)

% Y = elmtrain(P,IW,B,LW,TF,TYPE)

% See also ELMTRAIN

% Yu Lei,11-7-2010

% Copyright www.matlabsky.com

% $Revision:1.0 $

if nargin < 6

   error('ELM:Arguments','Not enough input arguments.');

end

% Calculate the Layer Output Matrix H

Q = size(P,2);

BiasMatrix = repmat(B,1,Q);

tempH = IW * P + BiasMatrix;

switch TF

   case 'sig'

       H = 1 ./ (1 + exp(-tempH));

   case 'sin'

       H = sin(tempH);

   case 'hardlim'

       H = hardlim(tempH);

end

% Calculate the Simulate Output

Y = (H' * LW)';

if TYPE == 1

   temp_Y = zeros(size(Y));

   for i = 1:size(Y,2)

       [max_Y,index] = max(Y(:,i));

       temp_Y(index,i) = 1;

   end

   Y = vec2ind(temp_Y);

end

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1]胡庆国, 田学泽, 何忠明. 基于遗传算法优化极限学习机的绿色建筑投资估算方法[J]. 建筑经济, 2020.

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