时序预测 | MATLAB实现SSA-XGBoost(麻雀算法优化极限梯度提升树)时间序列预测
目录
预测效果
基本介绍
Matlab实现SSA-XGBoost时间序列预测，麻雀算法优化极限梯度提升树，优化最大迭代次数，深度，学习率；
1.data为数据集，单变量时间序列数据集。
2.MainSSAXGBoostTS.m为主程序文件，其他为函数文件，无需运行;
3.评价指标R2、MAE、MAPE、MSE、MBE；
4.注意程序和数据放在一个文件夹，文件夹不可以XGBoost命名，因为有函数已经用过，运行环境为Matlab2018及以上。
模型描述
麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)是于2020年提出的。SSA 主要是受麻雀的觅食行为和反捕食行为的启发而提出的。该算法比较新颖，具有寻优能力强，收敛速度快的优点。 算法流程：
Step1： 初始化种群，迭代次数，初始化捕食者和加入者比列。
Step2：计算适应度值，并排序。
Step3：利用式（3）更新捕食者位置。
Step4：利用式（4）更新加入者位置。
Step5：利用式（5）更新警戒者位置。
Step6：计算适应度值并更新麻雀位置。
Step7：是否满足停止条件，满足则退出，输出结果，否则，重复执行Step2-6；
xgboost是属于boosting家族，是GBDT算法的一个工程实现，在模型的训练过程中是聚焦残差，在目标函数中使用了二阶泰勒展开并加入了正则，在决策树的生成过程中采用了精确贪心的思路，寻找最佳分裂点的时候，使用了预排序算法，对所有特征都按照特征的数值进行预排序，然后遍历所有特征上的所有分裂点位，计算按照这些候选分裂点位分裂后的全部样本的目标函数增益，找到最大的那个增益对应的特征和候选分裂点位，从而进行分裂。
这样一层一层的完成建树过程， xgboost训练的时候，是通过加法的方式进行训练，也就是每一次通过聚焦残差训练一棵树出来，最后的预测结果是所有树的加和表示。
本次优化的参数包括最大迭代次数，深度，学习率。
程序设计
- 完整代码和数据下载：MATLAB实现SSA-XGBoost(麻雀算法优化极限梯度提升树)时间序列预测
clike
P_percent = 0.2; % The population size of producers accounts for "P_percent" percent of the total population size
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
pNum = round( pop * P_percent ); % The population size of the producers
lb= c.*ones( 1,dim ); % Lower limit/bounds/ a vector
ub= d.*ones( 1,dim ); % Upper limit/bounds/ a vector
%Initialization
for i = 1 : pop
x( i, : ) = lb + (ub - lb) .* rand( 1, dim );
fit( i ) = fobj( x( i, : ) ) ;
end
pFit = fit;
pX = x; % The individual's best position corresponding to the pFit
[ fMin, bestI ] = min( fit ); % fMin denotes the global optimum fitness value
bestX = x( bestI, : ); % bestX denotes the global optimum position corresponding to fMin
% Start updating the solutions.
%
for t = 1 : M
[ ans, sortIndex ] = sort( pFit );% Sort.
[fmax,B]=max( pFit );
worse= x(B,:);
r2=rand(1);
for i = 1 : pNum %r2小于0.8的发现者的改变（1-20） % Equation (3)
r1=rand(1);
x( sortIndex( i ), : ) = pX( sortIndex( i ), : )*exp(-(i)/(r1*M));%对自变量做一个随机变换
x( sortIndex( i ), : ) = Bounds( x( sortIndex( i ), : ), lb, ub );%对超过边界的变量进行去除
fit( sortIndex( i ) ) = fobj( x( sortIndex( i ), : ) ); %就算新的适应度值
x( sortIndex( i ), : ) = pX( sortIndex( i ), : )+randn(1)*ones(1,dim);
x( sortIndex( i ), : ) = Bounds( x( sortIndex( i ), : ), lb, ub );
fit( sortIndex( i ) ) = fobj( x( sortIndex( i ), : ) );
end
end
%---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
%%%%%%%%%%%%%5%%%%%%这一部位为加入者（追随者）的位置更新%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
for i = ( pNum + 1 ) : pop %剩下20-100的个体的变换 % Equation (4)
A=floor(rand(1,dim)*2)*2-1;
if( i>(pop/2))%这个代表这部分麻雀处于十分饥饿的状态（因为它们的能量很低，也是是适应度值很差），需要到其它地方觅食
x( sortIndex(i ), : )=randn(1)*exp((worse-pX( sortIndex( i ), : ))/(i)^2);
else%这一部分追随者是围绕最好的发现者周围进行觅食，其间也有可能发生食物的争夺，使其自己变成生产者
x( sortIndex( i ), : )=bestXX+(abs(( pX( sortIndex( i ), : )-bestXX)))*(A'*(A*A')^(-1))*ones(1,dim);
end
end
%%%%%%%%%%%%%5%%%%%%这一部位为意识到危险（注意这里只是意识到了危险，不代表出现了真正的捕食者）的麻雀的位置更新%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
c=randperm(numel(sortIndex));%%%%%%%%%这个的作用是在种群中随机产生其位置（也就是这部分的麻雀位置一开始是随机的，意识到危险了要进行位置移动，
%处于种群外围的麻雀向安全区域靠拢，处在种群中心的麻雀则随机行走以靠近别的麻雀）
%---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
x( sortIndex( b(j) ), : )=bestX+(randn(1,dim)).*(abs(( pX( sortIndex( b(j) ), : ) -bestX)));
else %处于种群中心的麻雀的位置改变
x( sortIndex( b(j) ), : ) =pX( sortIndex( b(j) ), : )+(2*rand(1)-1)*(abs(pX( sortIndex( b(j) ), : )-worse))/ ( pFit( sortIndex( b(j) ) )-fmax+1e-50);
end
x( sortIndex(b(j) ), : ) = Bounds( x( sortIndex(b(j) ), : ), lb, ub );
fit( sortIndex( b(j) ) ) = fobj( x( sortIndex( b(j) ), : ) );
end
for i = 1 : pop
if ( fit( i ) < pFit( i ) )
pFit( i ) = fit( i );
pX( i, : ) = x( i, : );
end
end
end
Convergence_curve(t)=fMin;
end
%---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
% Application of simple limits/bounds
function s = Bounds( s, Lb, Ub)
% Apply the lower bound vector
%---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
% Apply the upper bound vector
J = temp > Ub;
temp(J) = Ub(J);
% Update this new move
s = temp;
%---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------参考资料
[1] https://blog.csdn.net/category_11833757.html?spm=1001.2014.3001.5482