基于主成分分析的GA-BP模型在城市需水预测中的应用

针对城市需水预测模型中需水量影响因子多、影响因子之间普遍存在多重共线问题,以及BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部最优等缺点,提出一种由主成分分析、遗传算法及BP神经网络三者相结合的改进预测模型。以泰州市为实例,建立以主成分分析筛选需水量主要影响因子,遗传算法优化BP网络连接权值和阈值的需水预测模型,预测结果与BP神经网络预测模型预测结果做对比。结果表明:改进预测模型对泰州市2003-2014年需水量预测的平均相对误差为0.564%,最大相对误差为1.681%,精度优于BP神经网络预测模型;改进预测模型预测值与实际泰州市需水量吻合良好且训练速度更快、预测精度更高,可作为需水预测的一种有效方法。     

基于主成分分析的GA-BP模型在城市需水预测中的应用研究

针对城市需水预测模型中需水量影响因子多、影响因子之间普遍存在多重共线问题,以及BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部最优等缺点,提出一种由主成分分析、遗传算法及BP神经网络三者相结合的改进预测模型。以泰州市为实例,建立以主成分分析筛选需水量主要影响因子,遗传算法优化BP网络连接权值和阈值的需水预测模型,预测结果与BP神经网络预测模型预测结果做对比。结果表明:改进预测模型对泰州市2003-2014年需水量预测的平均相对误差为0.564%,最大相对误差为1.681%,精度优于BP神经网络预测模型;改进预测模型预测值与实际泰州市需水量吻合良好且训练速度更快、预测精度更高,可作为需水预测的一种有效方法。     

基于相空间重构原理的遗传神经网络模型在城市需水预测中的应用

针对多元变量需水预测模型中变量之间普遍存在多重共线性问题以及BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部极值等缺点,将相空间重构原理及遗传算法(GA)引入BP神经网络需水预测模型中,提出基于相空间重构原理的GA-BP城市需水预测模型,并对上海市需水预测进行实例分析。实例分析结果表明:GA-BP模型对上海市2005—2009年的年用水量预测平均相对误差绝对值和最大相对误差绝对值分别为1.4344%和2.7672%,对2010—2011年的年需水量预测相对误差分别为0.5136%和0.0270%,精度均优于BP神经网络预测模型;基于相空间重构原理的GA-BP需水预测模型具有较好的预测精度和泛化能力,是提高需水预测精度和泛化能力的有效方法。     

基于随机森林模型的需水预测模型及其应用

为解决需水预测模型精度问题,尝试基于随机森林模型的分类和回归功能构建需水预测模型。以苏州市需水量预测为研究实例,首先应用随机森林模型的分类功能将需水预测因子分类,经计算发现第一产业比例、人口、灌溉面积、万元产值用水量和国民经济生产总值为最重要的解释变量。在此基础上,用随机森林模型的回归功能对需水进行预测,同时采用相同的训练数据建立基于BP神经网络和RBF神经网络的需水预测模型,通过对比3个模型的预测结果,发现随机森林模型能有效预测需水量,且精度较高。     

基于GRA-MEA-BP耦合模型的城市需水预测研究

针对城市需水量影响因子多、BP神经网络收敛速度慢、精度低、易陷入局部最优等问题,提出灰色关联分析、思维进化算法、BP神经网络三者耦合的改进预测模型,利用灰色关联分析(GRA)筛选需水量主要影响因子,采用全局搜索能力极强的思维进化算法(MEA)优化BP神经网络的权值和阈值,从而构建GRA-MEA-BP耦合需水预测模型,同时建立BP神经网络模型作为对比。实例应用结果表明,GRA-MEA-BP耦合模型具有更高的预测精度和预测速度,可作为一种有效的需水预测模型。     

城市需水量预测方法比较

为了提高城市需水量预测的精度,基于北京市2000—2011年的实际用水量数据,对比分析了BP神经网络预测模型、灰色GM(1,1)模型、非线性趋势模型和灰色-神经-趋势组合预测模型及其基于马尔科夫修正的各单项模型需水量预测结果。结果表明:组合预测模型优于各单项模型,基于马尔科夫修正的各模型优于各未修正预测模型。基于马尔科夫修正的灰色-神经-趋势组合预测模型预测精度最高、效果最好。     

RBF神经网络模型在山西省需水预测中的应用

分析了山西省历年城镇生活、农村生活、工业和农业用水量,建立了RBF神经网络需水预测模型,采用最近邻聚类学习算法确定径向基函数的宽度、选取聚类中心和权值。预测结果表明:山西省1998-2000年总需水量预测的相对误差为2.74%、3.33%和1.41%;1999年工业需水预测相对误差最大,也仅为13.35%。RBF神经网络需水预测模型不仅运算速度快,而且预测精度也较高。     

山西大同市RBF神经网络需水预测

结合生活、工业、农业用水量的特点,分析用水量的影响因素,建立径向基函数(RBF)神经网络需水预测模型,采用最近邻聚类学习算法确定RBF网络的宽度、选取聚类中心和权值.以大同市为例,采用RBF神经网络需水预测模型预测大同市在3个年份的需水量,输入层有13个节点.为影响需水预测的13个因子,输出层为城镇生活需水、农村生活需水、工业需水和农业需水4个节点.网络经过学习得到隐含层的节点数为8,3个预测年份的需水总量的相对误差分别为-6.12%、3.05%和5.57%.预测结果表明RBF神经网络具有输出不依赖初始权值,收敛速度快的特点,需水预测模型有较好的预测效果.     

RBF与GRNN神经网络模型在城市需水预测中的应用

针对需水量预测具有受诸多因素影响的复杂、高维和非线性等特性,本文基于RBF与GRNN神经网络算法原理,构建RBF与GRNN神经网络需水预测模型,将模型应用于城市需水预测中,并与基本BP神经网络模型以及灰色GM(1,1)需水预测模型的拟合、预测结果进行了对比分析.结果表明:①RBF与GRNN神经网络模型有着较高的拟合、预测精度,平均相对误差均在5％以内,表明研究建立的RBF与GRNN神经网络模型应用于需水预测是合理可行的,模型泛化能力强,预测精度高,算法稳定,与基本BP网络算法相比,RBF与GRNN网络模型还具有收敛速度快、调整参数少和不易陷入局部极小值等优点,可以更快地预测网络,有着良好的应用前景.②相对而言,RBF与GRNN神经网络模型预测精度要优于基本BP网络和灰色GM(1,1)模型.     

加权平均集成神经网络模型在城市需水预测中的应用

针对单一神经网络模型预测误差波动大、精度不高等问题,提出基于SVM、BP和Elman神经网络基本模型的加权平均集成需水预测模型。首先,利用相关分析和ADF单位根检验,选取需水预测主要影响因子。为避免模型过度拟合,引入虚拟维,并针对BP、Elman神经网络标准算法收敛速度慢、易陷入局部极值的不足,采用自适应动量算法改进BP和Elman神经网络标准算法,依次构建SVM、BP和Elman需水预测单一模型,并对上海市2002—2011年需水量进行预测;最后,基于加权平均方法对各单一模型预测结果进行综合集成。结果表明:利用加权平均集成模型对上海市2002—2011年需水量进行预测的平均相对误差绝对值为1.8004％,最大相对误差绝对值为3.6995％,精度和泛化能力均大幅优于各单一模型。说明本研究建立的加权平均集成模型用于需水预测是合理可行和有效的,它综合了各单一模型的优点,有效避免了单一模型预测误差过大和不稳定的缺点,具有预测精度高、泛化能力强、误差变化幅度不大等特点。     

基于主成分分析的BP神经网络对南京市水资源需求量预测

以南京市为例,利用1999-2010年的总用水量数据,采用主成分分析法对影响水资源需求量的9个因子进行主要影响因子分析,根据确定的主要影响因子构造BP神经网络的输入样本,从而进行不同水平的年总需水量预测.结果表明:人口、GDP、万元GDP用水量、人均水资源量、污水年排放量为影响研究区需水量的主要因子,将此作为主要因子构造BP神经网络的输入样本,确定网络输入节点数,建立南京市总需水量预测模型.模拟计算结果表明,基于主成分分析的BP神经网络模型,预测结果的平均误差小于0.2亿m3.     

贝叶斯神经网络在城市短期用水预测中的应用

严格水资源管理制度实施的背景下,短期用水量预测对城市供水系统调度的作用日益显著。在分析日用水量时序演化规律及随机性影响因素的基础上,以前7天每日用水量、日最高温度、当月用水量占全年比、日降水量、节假情况作为短期用水量预测指标,构建了BP神经网络城市短期用水量预测模型,并利用贝叶斯正则化对BP神经网络进行优化。将两种模型应用于广州市某自来水公司进行对比验证,结果表明,贝叶斯神经网络预测模型与BP神经网络预测模型的平均绝对百分比误差分别达0.87%与1.85%,经贝叶斯正则化的BP神经网络模型泛化能力更强,精度提高了约0.98%,更符合城市短期用水量预测的高精度要求。     

六种预测模型在北京市城市生态环境用水短期预测中的比较

针对城市水资源短缺和城市生态环境需水研究的迫切性,选用6种预测模型开展城市生态需水预测研究.为探究适合北京市城市生态环境用水预测的模型,以中国城市统计年鉴2004-2019年的北京市相关统计数据为基础,在时间序列预测方法上比较了灰色模型、分数阶灰色模型,在系统分析预测方法上比较了多元线性回归、主成分回归、BP神经网络和...     

灰色模型和BP神经网络模型在城市时用水量预测中的应用比较

在城市时用水量预测模型中,灰色模型和BP神经网络模型是两个应用较为广泛的模型,是它们有着各自的优缺点,预测精度也不相同.本文以南方某市为例,基于两种模型的预测原理,利用MATLAB数学软件对该市的时用水量进行了预测,并对两个预测模型的预测结果进行了误差比较分析,得出了BP神经网络模型是适合该市的时用水量预测模型.     

多种计算方法的区域需水量预测

需水量预测的方法有很多种,但每种方法的预测结果都具有误差。以清河区及开原市为研究对象,采用行业分项需水预测法、人口综合用水量指标预测法、单位用地综合用水量指标预测法等三种方法,预测清河区及开原市需水量,对预测结果进行了对比分析,最后确定合理的需水量。     

基于主成分分析的BP神经网络在延安市需水预测中的应用

利用延安市1990～2010年的需水量数据,采用主成分分析法对影响水资源需求量的10个因子进行了分析.结果表明:GDP、降雨量、居民生活用水量及生态环境用水量4个因子为影响需水量的主要因子,将此作为主要因子构造BP神经网络的输入样本,建立延安市需水量预测模型.模拟结果与实际值相吻合,并利用模型对2015年需水量进行了预测.     

改进BP神经网络集成模型在径流预测中的应用

为提高径流预测预报的精度和泛化能力,建立了基于3种基本改进算法的BP神经网络集成预测模型。利用ADF单位根检验方法、自相关分析方法确定径流时间序列的平稳性和模型的输入向量。针对BP神经网络标准算法收敛速度慢、易陷入局部极值的缺陷,采用自适应动量梯度法、共轭梯度法和Levenberg-Marquardt法分别改进BP神经网络标准算法,依次构建基于3种改进算法的BP神经网络模型对文山州南利河董湖水文站年径流进行预测,并构建GA-BP预测模型作为对比模型;采用加权平均方法对各单一模型预测结果进行综合集成。结果表明:集成模型对南利河2001-2005年径流预测平均相对误差绝对值为4.67%,最大相对误差绝对值为7.11%,精度和泛化能力均优于各单一模型和GA-BP模型。集成模型克服了单一模型预测精度不高和误差不稳定的缺点,具有较好的预测精度和泛化能力,是提高径流预测预报精度的有效方法。     

基于多尺度小波变换WNN的灌区灌溉水量研究

选取Daubechies(db6)小波系对陆浑灌区1970—2013年的降水量及作物需水量时间序列进行多时间尺度水平分解,以得到的1970—2003年的小波系数为输入数据、灌溉水量为输出数据,构建多尺度小波变换的小波神经网络进行预测模拟,并利用单隐层BP、双隐层BP神经网络和小波神经网络分别进行了预测比较,结果表明:基于多尺度小波变换的小波神经网络模型的模拟精度和预测的稳定性均高于其他3种模型,4种预测模型的预测值平均相对误差排序为单隐层BP神经网络双隐层BP神经网络小波神经网络多尺度小波变换的小波神经网络。     

BP神经网络方法在灌区需水预测中的应用

以江西省廖坊水利枢纽工程灌区为例,通过查阅年鉴、现场调查和专家咨询确定影响需水量的主要因子,根据确定的主要影响因子构造BP神经网络的输入样本,采用Matlab软件平台编程,建立灌区需水模型.利用建立的模型预测2025年灌区的需水量,并与其他方法的预测成果进行比较.结果表明,BP神经网络方法在廖坊水利枢纽工程灌区需水量预测的应用上是成功的.     

等维新息径向基神经网络模型在需水预测中的应用

针对现有需水预测模型进行多周期预测时存在误差随预测周期延长而累积、抗随机因素干扰能力不足等问题,提出动态等维新息径向基神经网络模型,采用聚类方法进行网络学习,并将其应用于东莞市年需水量预测中。结果表明:动态等维新息径向基神经网络模型相对于基本径向基神经网络模型具有更高的预测精度,并且预测误差不会随着预测周期的延长而累积。