基于局部近邻标准化和动态主元分析的故障检测策略

针对工业过程的动态和多模态特性,提出一种基于局部近邻标准化（LNS）和动态主元分析（DPCA）相结合的故障检测方法（LNS-DPCA）。首先,在训练数据集中寻找样本的K近邻集;然后,应用K近邻集的均值与标准差对当前样本进行标准化处理;最后,在新的数据集中应用DPCA方法确定T²和SPE控制限进行故障检测。LNS方法能够消除过程的多模态特征,使得标准化后数据近似服从多元高斯分布,且保持过程离群点偏离正常样本轨迹;而结合DPCA方法则能够提高对具有动态特性过程的监视性能。利用数值例子和青霉素发酵过程进行仿真,并将测试结果与主元分析法（PCA）、DPCA、K近邻故障检测（FD-KNN）等方法进行对比分析,验证了LNS-DPCA方法的有效性。     

局部近邻标准化偏最小二乘的多模态间歇过程故障检测

本文针对多模态间歇过程数据多中心和模态方差差异明显的问题,提出了一种基于局部近邻标准化偏最小二乘方法.首先,采用统计模量方法处理间歇过程数据,再利用局部近邻标准化方法将统计模量后的训练数据进行高斯化处理,建立偏最小二乘监控模型,确定控制限;然后,同样对统计模量后的测试数据进行局部近邻标准化处理,再计算测试数据的高斯偏最小二乘监控指标,进行过程监视及故障检测.最后,通过数值实例和青霉素发酵过程验证方法有效性.实验结果表明所提方法解决了故障样本近邻集跨模态问题,对多模态数据具有更好的故障检测能力.     

基于Spark框架的高效KNN中文文本分类算法

针对K-最近邻（KNN）分类算法时间复杂度与训练样本数量成正比而导致的计算量大的问题以及当前大数据背景下面临的传统架构处理速度慢的问题,提出了一种基于Spark框架与聚类优化的高效KNN分类算法。该算法首先利用引入收缩因子的优化K-medoids聚类算法对训练集进行两次裁剪;然后在分类过程中迭代K值获得分类结果,并在计算过程中结合Spark计算框架对数据进行分区迭代实现并行化。实验结果表明,在不同数据集中传统K-最近邻算法、基于K-medoids的K-最近邻算法所耗费时间是所提Spark框架下的K-最近邻算法的3.92~31.90倍,所提算法具有较高的计算效率,相较于Hadoop平台有较好的加速比,可有效地对大数据进行分类处理。     

基于偏最小二乘得分重构的质量相关故障检测

偏最小二乘(PLS)作为一种典型的多元统计分析方法被广泛用于多变量统计过程监测, 通常要求数据满足 高斯–马尔科夫定理. 当数据存在多模态或过程变量非线性相关时, 基于PLS方法的故障检测性能将受到影响. 为 此, 本文提出一种基于PLS得分重构的故障检测方法(SR–PLS). 首先, 利用PLS将输入空间分解为质量相关空间与 质量无关空间; 其次, 利用类k邻近规则(kNN)对当前得分向量进行重构, 得到重构得分向量; 最后利用重构得分构 造统计量, 由核密度估计(KDE)得到控制限, 进行故障检测. 本方法降低了变量间的非线性与数据多模态对过程故 障检测的影响, 提高了故障检测率. 将所提方法应用于两个数值仿真例子与田纳西伊士曼过程(TEP), 并与PLS, KPLS, LNS–PLS进行对比分析, 证明该算法的优越性与有效性.     

基于LNS-DEWKECA算法的多模态工业过程故障检测

受市场需求主导,工业过程需要在多种工作模态下切换,数据往往呈现多模态复杂分布特性,研究多模态的故障检测技术对于保障工业过程的安全运行具有重要意义.为此,提出一种基于局部近邻标准化(LNS)和方向熵加权核熵成分分析(DEWKECA)的故障检测算法.利用LNS实现多模态数据的标准化,相比于全局标准化, LNS可以有效消除多模态特性;考虑到故障样本与正常样本在变化趋势上的差异,定义样本变化方向的信息熵为方向熵,用来衡量样本变化方向的无序程度,从而利用DEWKECA实现数据降维,可以更有效提取数据变化方向特征;考虑到多模态数据往往服从非高斯分布,采用局部离群因子(LOF)算法建立监控统计量,根据核密度估计确定其控制限.最后,通过数值例子及TE过程仿真验证所提出算法的有效性.     

基于改进的局部近邻标准化和kNN的多阶段过程故障检测

针对多阶段过程数据具有多中心和各工序结构不同的特征问题,提出了一种基于改进的局部近邻标准化和k近邻的故障检测（ILNS-kNN）方法。首先寻找样本的前k个近邻样本的前K局部近邻集;其次使用局部近邻集的均值和标准差来标准化样本,获得标准样本;最后在标准样本集上计算样本的累积近邻距离作为检测指标进行故障检测。改进的局部近邻标准化（ILNS）将各阶段数据的中心平移到原点,并且调整各阶段数据的离散程度,使之近似相等,从而将多阶段过程数据融合为服从单一多元高斯分布的单阶段数据。进行了青霉素发酵过程故障检测实验。实验结果表明ILNS-kNN方法对所设置的六类故障的检测率高于97%。ILNS-kNN方法在保持对一般多阶段过程故障的检测能力的同时,能够实现对阶段方差差异显著的多阶段过程故障的检测,从而更好地保证多阶段生产过程的安全性和产品的高质量。     

基于判别核主元空间k近邻的批次过程监视

针对批次过程非线性、多模态等特征,提出一种基于判别核主元k近邻（Dis-kPCkNN）的故障检测方法。首先,在核主元分析（kPCA）中,高斯核的窗宽参数依据样本类别标签在类内窗宽和类间窗宽中判别选取,使得核矩阵能有效提取数据的关联特征,保持数据的类别信息;其次,在核主元空间中引用k近邻规则代替传统的T²统计方法,k近邻规则可以有效处理主元空间非线性和多模态等特征的故障检测问题。数值模拟实例和半导体蚀刻工艺过程仿真实验表明:基于判别核主元k近邻方法可以有效地处理具有非线性和多模态结构特征的故障检测问题,提高计算的效率,减少内存的占用,并且故障检测率明显优于传统方法。     

基于主成分分析和K近邻的文件类型识别算法

为解决基于文件后缀名和文件特征标识识别文件类型误判率较高的问题,在基于文件内容识别文件类型的算法基础上,提出主成分分析（PCA）和K近邻（KNN）算法相结合的文件类型识别算法。首先,使用PCA方法对样本预处理以降低样本空间的维数;然后,对降维后的训练样本集进行聚类处理,即用聚类质心代表每种类型的文件;最后,针对训练样本分布不均匀可能造成的分类误差,提出基于距离加权的KNN算法。实验结果表明,改进算法在样本数较多的情况下,能降低分类的计算复杂度,并保持了较高的识别正确率;而且该算法不依赖文件类型的特征标识,应用范围更为广泛。     

基于统计差分LPP的多模态间歇过程故障检测

针对工业过程数据存在的非高斯和多模态特性,提出一种基于统计差分LPP的多模态间歇过程故障检测方法。首先将统计模量分析的方法应用到间歇过程训练数据集中,计算统计过程变量的均值和方差,将不等长的批次变成等长的统计量,保证统计模量近似服从高斯分布;然后运用差分算法使多模态变为单模态,最后运用LPP算法进行降维和特征提取,计算样本的T2统计量,并利用核密度估计确定控制限。对于新来的测试样本数据统计差分处理后,向LPP模型上进行投影,计算新数据的T2统计量并与控制限比较进行故障检测。最后通过半导体过程数据的仿真结果表明,该算法的故障检测效果最好,验证了所提方法的有效性。     

基于差分的动态加权SVDD在多模态过程故障检测中的应用

传统SVDD作为一种单模态静态故障检测算法,对多模态动态过程故障的检测难以保证其检测的准确性和实时性。为了解决这一问题,提出一种基于近邻差分加权动态SVDD检测方法（NND-DWSVDD）。首先利用NND剔除数据多模态结构,保证过程数据服从单峰分布;对差分处理后的数据引入动态方法并加入权值将有用的信息凸显出来;最后利用SVDD方法建立监测模型实现在线监测。NND-DWSVDD提高了多模态动态过程故障检测率,对于多模态动态过程故障检测,NND-DWSVDD不要求多模型建模,只需单独的一个模型,符合单模态故障检测要求。通过多模态数值例子和半导体生产过程数据对该方法的有效性进行了验证。     

分布熵惩罚的支持向量数据描述

针对支持向量数据描述（SVDD）对惩罚参数相当敏感的问题,提出一种新颖的异常检测方法,称为分布熵惩罚的支持向量数据描述（DEP-SVDD）。首先,将正常样本作为数据的全局分布,并在高斯核空间中定义每个样本点与正常样本分布中心的距离度量;然后,基于该距离设计评估样本点属于正常或异常样本的概率;最后,利用此概率构造基于分布熵的惩罚度以对相应的样本进行惩罚。在9个真实数据集上,将所提方法与SVDD、密度权的支持向量数据描述 （DW-SVDD）、位置正则的支持向量数据描述（P-SVDD）、K最近邻（KNN）和孤立森林（iForest）算法进行对比实验,结果表明DEP-SVDD在6个数据集上获得了最高的分类精度,可见相较于多种异常检测方法,DEP-SVDD在异常检测中具有更好的性能优势。     

结合优化支持向量机与K-means++的工控系统入侵检测方法

针对工业控制系统传统单一检测算法模型对不同攻击类型检测率和检测速度不佳的问题，提出一种优化支持向量机和K-means++算法结合的入侵检测模型。首先利用主成分分析法（PCA）对原始数据集进行预处理，消除其相关性；其次在粒子群优化（PSO）算法的基础上加入自适应变异过程避免在训练的过程中陷入局部最优解；然后利用自适应变异粒子群优化（AMPSO）算法优化支持向量机的核函数和惩罚参数；最后利用密度中心法改进K-means算法与优化后的支持向量机组合成入侵检测模型，从而实现工业控制系统的异常检测。实验结果表明，所提方法在检测速度和对各类攻击的检测率上得到明显提升。     

基于变分自编码器的异常颈动脉早期识别和预测

颈动脉狭窄、颈动脉内中膜厚度增加（CIMT）或颈动脉斑块等可导致脑卒中的发生。为实现脑卒中大规模初步筛查,提出基于医疗数据的改进的变分自编码器（VAE）来识别和预测异常颈动脉。首先,针对医疗数据存在缺失的情况,采用K近邻（KNN）、均值和众数相混合的方法（MKNN）以及改进的VAE对缺失数据进行填补以得到完整的数据集,从而提高数据的应用范围;接着,分析特征属性,并依据重要性对特征进行排序;然后,运用逻辑回归（LR）、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）和极限梯度提升树（XGBT）这四种有监督学习方法结合遗传算法（GA）来建立异常颈动脉识别模型;最后,基于改进的VAE建立预测异常颈动脉的半监督模型。相较于基线模型,基于改进的VAE的半监督模型性能提升明显,灵敏度达到0.893 8,特异性达到0.927 2,F1值达到0.910 5,分类准确率达到0.910 5。实验结果表明,所建立的半监督模型可以用来识别异常颈动脉,进而作为一种识别脑卒中高危人群的工具,预防和减少脑卒中的发生。