免疫粒子群算法与支持向量机在枯水期月径流预测中的应用

针对支持向量机(SVM)最佳算法参数难以确定以及基本粒子群算法(PSO)易陷入局部极值等不足,提出免疫粒子群算法(IAPSO),利用IAPSO算法搜寻SVM学习参数,构建IAPSO-SVM预测模型,并与PSO-SVM、GA-SVM模型作为对比,以云南省某水文站枯水期月径流预测为例进行实例研究,利用实例前43年和后10年资料对模型进行训练和预测。结果表明:IAPSO-SVM模型对实例后10年枯水期1-3月月均径流预测的平均相对误差绝对值分别为3.32%、6.52%和6.55%,精度优于PSO-SVM和GA-SVM模型,表明IAPSO-SVM模型具有较高的预测精度和泛化能力。IAPSO算法利用浓度选择机制及免疫接种原理,改进了基本粒子群优化算法的全局寻优能力和收敛速度,具有较强的全局寻优能力。利用IAPSO算法优化得到的SVM学习参数可有效提高SVM模型的预测精度和泛化能力。     

组合多元线性回归模型在径流预测中的应用研究

为提水文预测预报精度,研究提出混合蛙跳算法(SFLA)-组合多元线性回归(CMLR)径流预测模型。首先基于主成分分析(PCA)数据降维和不降维构建CMLR模型;然后利用SFLA同时优化CMLR常数项、偏回归系数和组合权重系数,建立SFLA-CMLR径流预测模型;最后将SFLA-CMLR模型应用于2个年径流预测实例,并构建基于PCA降维处理的SFLA-PCA-MLR、SFLA-PCA-支持向量机(SVM)、最小二乘法(LS)-PCA-MLR、PCA-SVM和未经降维处理的SFLA-MLR、SFLA-SVM、LS-MLR、SVM作对比预测模型。结果表明:SFLA-CMLR模型对2个实例年径流预测的平均相对误差分别为1.54%、4.63%,预测精度均优于SFLA-PCA-MLR等8种模型,具有较好的预测精度和泛化能力。     

人工鱼群算法与支持向量机在枯水期月径流预测中的应用

支持向量机(SVM)学习参数存在选择范围大,盲目搜索花耗时间多、代价大,且难以获得最佳参数等问题.针对该问题利用人工鱼群算法(AFSA)搜寻SVM学习参数,提出AFSA-SVM预测模型,并与PSO-SVM、GA-SVM模型作对比.以云南省某水文站枯水期月径流预测为例进行实例研究,利用实例前30年、中间20年和后3年资料对模型进行训练、检验和预测.结果表明:AFSA-SVM模型对实例中间20年和后3年枯水期月径流预测的平均相对误差绝对值分别为5.04％、3.62％(5次平均),精度优于PSO-SVM和GA-SVM模型,表明AFSA-SVM模型具有较高的预测精度和泛化能力.AFSA算法具有全局寻优能力强、简单易实现、对初值参数选择不敏感等优点,利用AFSA算法优化得到的SVM学习参数有利于提高SVM模型的预测精度和泛化能力.     

随机神经网络与支持向量机在枯水期月径流预测中的应用

针对支持向量机(SVM)最佳算法参数难以确定的不足,利用典型随机神经网络RNN—Boltzmann机能量全局最小状态对应待优化目标全局极小值原理,提出Boltzmann-SVM预测模型,利用Boltzmann机搜寻SVM学习参数,并与基于GA算法搜寻SVM学习参数的GA-SVM预测模型作对比,以云南省河边水文站枯水期1月径流预测为例进行实例研究,利用实例前40年和后6年资料对模型进行训练和预测。结果表明:Boltzmann-SVM模型对实例后6年枯水期1月月均径流预测的平均相对误差绝对值和最大相对误差绝对值分别为7.30%、9.01%,精度优于GA-SVM模型,表明Boltzmann-SVM模型具有较好的预测精度和泛化能力。Boltzmann机融合了模拟退火算法(SA)与BP、Hopfield神经网络在网络结构、学习算法和动态运行机制中的优点,在解决组合优化问题上具有全局寻优能力强、收敛速度快等特点。     

改进引力搜索算法与支持向量机在枯水期月径流预测中的应用

针对标准引力搜索算法(GSA)易出现早熟收敛问题以及支持向量机(SVM)学习参数难以确定的不足,提出一种基于加速度和速度改进的引力搜索算法(IGSA),利用IGSA算法搜寻SVM最佳学习参数,提出IGSA-SVM预测模型,并同标准GSA算法、粒子群优化(PSO)算法以及GSA-SVM、PSO-SVM模型作对比,以云南省某水文站枯水期1—3月月径流预测为例进行实例研究,利用实例前43 a和后10 a资料对模型进行训练和预测。结果表明:IGSA算法收敛精度优于标准GSA算法及PSO算法,有效克服了GSA算法早熟收敛问题,具有较好的全局搜索能力、预测精度和泛化能力。     

基于模拟退火算法支持向量机在枯水期月径流预测中的应用

鉴于支持向量机(SVM)最佳算法参数难以确定的不足,利用模拟退火算法(SA)搜索SVM学习参数,提出SA-SVM预测模型,并与基于遗传算法(GA)搜索SVM学习参数的GA-SVM模型作对比,以云南省龙潭站枯水期1-3月月径流预测为例进行实例研究,利用实例前43年和后10年资料对模型进行训练和预测。结果表明:SA-SVM模型对实例后10年枯水期1-3月月均径流预测的平均相对误差绝对值分别为3.11%、4.93%和6.75%,精度优于GA-SVM模型,表明SA-SVM模型具有较高的预测精度和泛化能力。SA算法通过赋予搜索过程一种时变且最终趋于零的概率突跳性,有效避免了算法陷入局部极值并最终趋于全局最优。     

静电放电算法-混合核SVM的月径流预报模型及应用

为提高水文预测预报精度,构建基于多项式核与高斯核混合的支持向量机(SVM),利用静电放电算法(ESDA)优化混合核SVM关键参数和混合权重系数,提出混合核ESDA-SVM枯水期月径流预测模型,并构建高斯核ESDA-SVM、多项式核ESDA-SVM及ESDA-BP作对比预测模型,以云南省某水文站枯水期1—4月月径流预测为例进行实例研究,利用实例前24 a和后10 a资料对各模型进行训练和预测。结果表明,混合核ESDA-SVM模型对实例1—4月月径流预测的平均相对误差绝对值分别为4.09%、3.32%、3.51%和5.64%,预测精度均高于多项式核ESDA-SVM等3种模型。混合核ESDA-SVM模型综合了多项式全局核函数和高斯局部核函数二者优点,在预测精度、泛化能力等方面均优于对比模型,具有较好的实际应用价值。     

PCA-FSA-MLR模型及在径流预测中的应用研究

为提高径流预报精度,研究提出主成分分析(PCA)、未来搜索算法(FSA)、多元线性回归(MLR)相融合的径流预测模型。利用PCA对样本数据进行降维处理,选取8个标准测试函数在不同维度条件下对FSA进行仿真验证,利用FSA优化MLR常数项和偏回归系数,提出PCA-FSA-MLR径流预测模型,并构建基于PCA降维处理的PCA-LS-MLR、PCA-FSA-SVM、PCA-SVM模型和未经降维处理的FSA-MLR、LS-MLR、FSA-SVM、SVM作对比模型,通过云南省龙潭站年径流及枯水期12月月径流预测实例对各模型进行验证。结果表明:(1)FSA在不同维度条件下均具有较好的寻优精度和全局极值搜索能力;(2)PCA-FSA-MLR模型对龙潭站年径流及12月月径流预测的平均相对误差绝对值分别为1.63%、3.91%,预测精度均优于其他7种模型,具有更高的预测精度和更强的泛化能力;(3)对于同一模型,经PCA降维处理的预测精度优于未经降维处理的预测精度,PCA数据降维对提升模型预测精度具有帮助。     

基于混合核SHTS-SVM的年径流预测

为提高年径流预测精度,利用同热传递搜索(SHTS)算法对混合核支持向量机(SVM)关键参数和混合权重系数进行优化,提出混合核SHTS-SVM年径流预测模型。通过6个不同维度的标准测试函数对SHTS算法进行仿真验证,并与当前寻优效果较好的教学优化(TLBO)算法、灰狼优化(GWO)算法进行对比验证。利用两个年径流预测算例对混合核SHTS-SVM模型进行实例验证,并与多项式核SHTS-SVM、高斯核SHTS-SVM及SHTS-BP模型预测结果进行对比。结果表明:SHTS算法寻优精度优于TLBO、GWO优化算法,具有较好的极值寻优能力和稳健性能。混合核SHTS-SVM模型综合了多项式全局核函数和高斯局部核函数二者优点,在预测精度、泛化能力等方面均优于对比模型,具有较好的实际应用价值。     

WPA-BP神经网络模型在枯水期月径流预测中的应用

通过8个高维复杂函数对一种新型仿生群体智能算法——狼群算法(WPA)进行仿真验证,并与粒子群优化(PSO)算法进行对比。针对BP神经网络易陷入局部极值及初始权阈值参数难以确定的不足,利用WPA算法优化BP神经网络初始参数,提出WPA-BP径流预测模型,以云南省龙潭站枯水期月径流预测为例进行实例验证,并与PSO-BP及BP模型进行比较。结果表明:1WPA算法收敛精度远远优于PSO算法,具有较好的计算鲁棒性和全局寻优能力;2WPA-BP模型预测精度优于PSO-BP及BP模型,具有较好的预测精度和泛化能力。利用WPA算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,可有效提高BP神经网络的预测精度和泛化能力。     

多组群教学优化算法-神经网络-支持向量机组合模型在径流预测中的应用

采用5个标准测试函数对多组群教学优化(MGTLO)算法进行仿真验证,并将仿真结果与基本教学优化(TLBO)算法、混合蛙跳算法(SFLA)、差分进化(DE)算法和粒子群优化(PSO)算法的仿真结果进行对比。利用MGTLO算法搜寻基于广义回归神经网络(GRNN)、径向基神经网络(RBF)、支持向量机(SVM)模型单元的组合模型的最佳模型参数和组合权重系数,提出MGTLO-GRNN-RBF、MGTLO-GRNN-SVM、MGTLO-RBF-SVM、MGTLO-GRNN-RBF-SVM 4种组合预测模型,以新疆伊犁河雅马渡水文站和云南省某水文站年径流量预测为例进行了实例分析,并将预测结果与MGTLO-GRNN、MGTLO-RBF、MGTLO-SVM和GRNN、RBF、SVM 6种单一模型的结果进行对比分析。结果表明:MGTLO算法寻优精度优于TLBO、SFLA、DE和PSO算法,具有较好的收敛速度和全局极值寻优能力;组合模型融合了MGTLO算法与GRNN、RBF、SVM模型单元的优点,在预测精度、泛化能力等方面均优于单一模型;MGTLO算法能有效优化各组合模型的相关参数和权重系数,MGTLO-GRNN-RBF-SVM模型预测精度最高。     

基于PCA-SHO-SVM和PCA-SHO-BP模型的径流预测

为提高径流预测精度,研究主成分分析(PCA)、斑鬣狗优化(SHO)算法与支持向量机(SVM)、BP神经网络相融合的预测方法。在样本数据筛选上选取PCA方法进行数据降维,使数据样本简洁且更具代表性。利用SHO算法优化SVM关键参数及BP神经网络权阈值,分别提出PCA-SHO-SVM、PCA-SHO-BP径流量预测模型,并与SHO-SVM、PCA-SVM、SVM和SHO-BP、PCA-BP、BP模型的预测结果作对比,通过云南省龙潭水文站年径流量及枯水期月径流量预测为例进行验证。结果表明,PCA-SHO-SVM、PCA-SHO-BP模型对实例年径流量预测的平均相对误差分别为2.34%、2.50%,对月径流量预测的平均相对误差分别为6.15%、6.08%,预测精度均优于其他6种模型,具有较高的预测精度和更强的泛化能力。     

基于奇异谱分析与梯度优化算法优化的RVM、SVM月径流预测研究

基于序列分解—参数优化—分项预测—结果叠加思想,构建奇异谱分析（SSA）-梯度优化（GBO）算法与相关向量机（RVM）、支持向量机（SVM）集成的中长期月径流预测模型。首先采用SSA方法对实例月径流数据进行处理,提取多个独立的子序列;其次介绍GBO算法原理,基于6个典型函数对GBO算法进行仿真测试。利用GBO算法优化RVM核宽度因子和超参数、SVM惩罚因子和核函数参数,分别建立SSA-GBO-RVM、SSA-GBO-SVM模型对各子序列进行预测,叠加后作为最终月径流预测结果;最后以云南省龙潭站65年共780个月月径流预测为例,选取实例前53年作为训练样本,后10年共120个月作预测样本对SSA-GBO-RVM、SSA-GBO-SVM模型进行检验。结果表明:GBO算法在不同维度条件下寻优效果优于MPA、PSO算法,具有较好的寻优精度和全局搜索能力。SSA-GBO-RVM、SSA-GBO-SVM模型对实例120个月月径流预测的平均绝对百分比误差分别为6.20%、7.82%,平均绝对误差分别为0.88、1.00 m³/s,纳什系数分别为0.992 6、0.991 3,均...     

果蝇优化算法与支持向量机在年径流预测中的应用

针对支持向量机(SVM)学习参数难以确定的不足,利用果蝇优化算法(FOA)搜寻SVM学习参数——惩罚因子和核函数参数,提出FOA-SVM预测模型,并构建基于粒子群优化(PSO)算法、遗传优化(GA)算法搜寻SVM学习参数的PSO-SVM和GA-SVM模型作为对比,以云南省董湖站年径流预测进行实例研究。结果表明,FOASVM模型预测精度优于PSO-SVM和GA-SVM模型,具有较高的预测精度和泛化能力。     

基于WPT-ISO-RELM模型的月径流时间序列预测研究

为提高月径流时间序列的预测精度,提升基本蛇群优化(SO)算法搜索能力,同时提升正则化极限学习机(RELM)预测性能,提出了小波包变换(WPT)-改进蛇群优化(ISO)算法-RELM预测模型。首先,利用WPT将月径流时间序列分解为低频分量和高频分量;其次,通过构建8个RELM超参数寻优适应度函数对ISO寻优能力进行检验,并与SO算法、灰狼优化(GWO)算法、变色龙群算法(CSA)、鲸鱼优化算法(WOA)、樽海鞘群体算法(SSA)、侏獴优化算法(DMO)、粒子群优化算法(PSO)的优化结果作对比;最后,建立WPT-ISO-RELM模型,并构建包含WPT-SO-RELM在内的17种模型作对比模型,通过黑河流域莺落峡水文站、讨赖河水文站2个月径流预测实例对各模型进行验证。结果表明：(1)ISO寻优精度优于SO、GWO、CSA、WOA、SSA、DMO、PSO,通过关键参数的改进,能有效提升ISO的极值寻优能力和平衡能力;(2)WPT-ISO-RELM模型对莺落峡水文站、讨赖河水文站月径流预测的平均绝对百分比误差分别为0.854%、0.447%,平均绝对误差分别为0.245、0.068 m     

SFLA-PP模型在区域水资源利用效率综合评价中的应用

为验证混合蛙跳算法(Shuffled Frog Leaping Algorithm,SFLA)-投影寻踪(Projection Pursuit,PP)模型应用于区域水资源利用效率综合评价中的有效性和可行性。从综合、工业、农业、生活和生态环境5个方面遴选15个指标构建区域水资源利用效率评价指标体系,利用SFLA算法优化PP模型最佳投影方向,提出SFLA-PP水资源利用效率评价模型,与构建的入侵杂草优化(Invasive Weed Optimization,IWO)算法、粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法和布谷鸟搜索(Cuckoo Search,CS)算法优化的PP模型作对比,并基于各模型投影系列均值及标准差σ构造4个等级的水资源利用效率评价标准,以文山州8县市水资源利用效率评价为例进行实例研究。结果表明:SFLA算法优化PP模型获得的适应度值为715.800 2,均优于IWO,PSO和CS算法PP模型,具有较好的求解精度和极值寻优能力;SFLA-PP模型对文山市、砚山县水资源利用效率评价为“高水平”,对麻栗坡县评价为“低水平”,其余5县评价为“中等水平”,全州水资源利用效率综合评价为“较高水平”;SFLA-PP模型对实例评价及排序结果与IWO-PP模型相同;与PSO-PP模型、CS-PP模型在评价结果及排序上均存在差异。实例验证了4种智能算法PP模型的求解精度对区域水资源利用效率的评价结果起到关键作用。     

基于小波包分解的AJS-GMDH月径流时间序列预测研究

为提高月径流时间序列预测精度,建立基于小波包分解(WPD)、人工水母搜索(AJS)算法、数据分组处理方法(GMDH)的WPD-AJS-GMDH月径流时间序列预测模型。采用WPD将月径流时序数据分解为若干子序列分量;选取6个典型函数在不同维度条件下对AJS算法进行仿真测试;利用AJS算法优化GMDH网络关键参数,建立WPD-AJS-GMDH模型,并构建基于支持向量机(SVM)、BP神经网络及完全集合经验模态分解(CEEMD)、小波分解(WD)的17种对比分析模型;最后利用云南省龙潭站1952年~2016年780组的月径流时间序列数据对所建立的18种模型进行检验。结果表明,在不同维度条件下,AJS算法均具有较好的寻优效果;WPD-AJS-GMDH模型预测误差均小于其他17种模型;对于月径流时序数据分解,WPD分解效果优于CEEMD、WD方法;AJS算法能有效优化GMDH网络参数,提高预测性能。     

飞蛾火焰优化算法在承压含水层参数反演中的应用

通过10个典型低维函数对一种新型群体智能仿生算法——飞蛾火焰优化(MFO)算法进行仿真验证,并与粒子群优化(PSO)算法的寻优结果进行对比。以无界井流问题及直线隔水边界附近井流问题的解析解为基础,将MFO算法应用于分析抽水试验数据,进行反演承压含水层参数,并以2个实例对MFO算法进行验证。结果表明:MFO算法在低维函数极值寻优问题上具有较好的收敛精度和全局寻优能力,寻优精度较PSO算法提高了7个数量级以上。MFO算法对2个实例的反演精度较文献改进SA算法等提高了56.5%以上,具有较好的稳健性能、收敛速度和全局寻优能力。利用MFO算法对承压含水层参数进行反演,可获得比相关文献更高的反演精度,不但为精确估计承压含水层参数提供了有效方法,而且拓展了MFO算法在地下水模型参数反演中的应用,具有良好的应用价值和前景。     

飞蛾火焰优化算法在马斯京根模型参数优化中的应用

通过10个典型二维函数对一种新型群体智能仿生算法——飞蛾火焰优化(MFO)算法进行仿真验证,并与粒子群优化(PSO)算法的寻优结果进行对比。利用该算法优化马斯京根模型参数,并以相关文献中的3个实例进行验证。结果表明:MFO算法在二维函数极值寻优问题上具有较好的收敛精度和全局寻优能力,寻优精度较PSO算法提高了7个数量级以上。利用MFO算法优化马斯京根模型参数,可以获得比相关文献更高的模拟精度,为精确估计马斯京根模型参数提供了有效方法。     

基于WPD-TSO-ELM模型的月径流时间序列预测

为提高径流时间序列预测精度,减少计算规模,基于“分解-预测-重构”思想,提出小波包分解(WPD)-金枪鱼优化(TSO)算法-极限学习机(ELM)组合预测模型,并应用于云南省龙潭站、革雷站月径流预测。结果表明,TSO算法具有较好的寻优精度和全局搜索能力,寻优精度优于HHO、GWO、SFO、PSO算法。WPD-TSO-ELM模型对实例龙潭站、革雷站月径流预测的平均绝对百分比误差分别为0.175%、0.121%,预测误差小于WPD~2-TSO-ELM模型,较WPD~1-TSO-ELM、SSA-TSO-ELM、VMD-TSO-ELM模型降低1个数量级以上。WPD-TSO-ELM模型预测精度高、计算规模小,是一种简洁高效的径流时间序列预测模型。