回归预测|基于开普勒优化相关向量机的数据回归预测Matlab程序KOA-RVM 多特征输入单输出 含基础RVM

回归预测|基于开普勒优化相关向量机的数据回归预测Matlab程序KOA-RVM 多特征输入单输出 含基础RVM

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回归预测|基于开普勒优化相关向量机的数据回归预测Matlab程序KOA-RVM 多特征输入单输出 含基础RVM

一、基本原理

了解了,KOA(Kepler Optimization Algorithm)是开普勒优化算法,而RVM(Relevance Vector Machine)是相关向量机模型。结合这两者的回归预测模型涉及以下详细原理和流程:

1. 相关向量机(RVM)

相关向量机(RVM)是一种基于贝叶斯理论的回归模型,旨在通过贝叶斯推断自动选择最相关的特征向量,从而生成一个稀疏模型。RVM的基本步骤包括:

  • 高维映射:通过核函数(如高斯核)将输入数据映射到高维空间,以便在高维空间中进行线性回归。
  • 模型训练:通过贝叶斯推断来确定模型参数和相关向量。RVM自动选择对预测最有用的特征向量,减少了不相关向量的数量。
  • 预测:利用训练好的RVM模型对新数据进行回归预测,输出预测值及其不确定性(方差)。

2. 开普勒优化算法(KOA)

开普勒优化算法(KOA)是一种启发式优化算法,模拟开普勒的行星运动原理来寻找最优解。其核心原理包括:

  • 初始化:在解空间内随机生成多个初始解(个体)。
  • 位置更新:根据开普勒运动定律(如椭圆轨道、速度变化)更新每个个体的位置,以寻找更优解。
  • 适应度评估:计算每个个体的适应度,通常基于目标函数的值(例如模型的预测误差)。
  • 选择和更新:选择适应度较好的个体作为新的"行星",通过模拟开普勒运动的规则更新这些个体的位置。
  • 终止条件:当满足一定条件(如达到最大迭代次数或适应度变化小于某个阈值)时,算法终止。

3. KOA-RVM回归预测模型

结合KOA和RVM的过程如下:

  1. 初始化RVM模型

    • 确定RVM模型的核函数类型和其他相关参数的初始值。
  2. 使用KOA优化RVM超参数

    • 初始化KOA个体:每个个体代表一组RVM超参数(如核函数的参数、正则化系数等)。
    • 训练RVM模型:根据每组超参数配置训练RVM模型,并计算模型的预测性能(如均方误差)。
    • 评估适应度:根据RVM模型的性能指标(如预测误差)评估每个个体的适应度。
    • 更新位置:根据KOA的规则更新超参数配置,以优化RVM模型的性能。
    • 迭代优化:持续更新超参数配置,直到达到优化目标或满足终止条件。
  3. 训练和预测

    • 使用优化后的RVM模型参数进行训练,并在测试数据上进行回归预测,得到最终的预测结果及其置信度。

总结

KOA-RVM回归预测模型通过KOA算法优化RVM的超参数,从而提升回归模型的性能。KOA通过模拟开普勒运动优化超参数配置,RVM则利用贝叶斯推断和核方法进行回归预测。这种结合方法利用了KOA的全局优化能力和RVM的稀疏表示能力,提高了预测精度和模型的泛化能力。

二、实验结果

1.输入多个特征,输出单个变量,多变量回归预测;

2.excel数据,前6列输入,最后1列输出,运行主程序即可,所有文件放在一个文件夹;

3.命令窗口输出R2、MSE、MAE;

4.可视化:代码提供了可视化工具,用于评估模型性能,包括真实值与预测值的收敛图、对比图、拟合图、残差图。

三、核心代码

matlab 复制代码
%%  导入数据
res = xlsread('数据集.xlsx');

%%  数据分析
num_size = 0.8;                              % 训练集占数据集比例
outdim = 1;                                  % 最后一列为输出
num_samples = size(res, 1);                  % 样本个数
num_train_s = round(num_size * num_samples); % 训练集样本个数
f_ = size(res, 2) - outdim;                  % 输入特征维度

%%  划分训练集和测试集
P_train = res(1: num_train_s, 1: f_)';
T_train = res(1: num_train_s, f_ + 1: end)';
M = size(P_train, 2);

P_test = res(num_train_s + 1: end, 1: f_)';
T_test = res(num_train_s + 1: end, f_ + 1: end)';
N = size(P_test, 2);

%%  数据归一化
[P_train, ps_input] = mapminmax(P_train, 0, 1);
P_test = mapminmax('apply', P_test, ps_input);

[t_train, ps_output] = mapminmax(T_train, 0, 1);
t_test = mapminmax('apply', T_test, ps_output);

%%  数据平铺
P_train =  double(reshape(P_train, f_, 1, 1, M));
P_test  =  double(reshape(P_test , f_, 1, 1, N));

四、代码获取

五、总结

包括但不限于

优化BP神经网络,深度神经网络DNN,极限学习机ELM,鲁棒极限学习机RELM,核极限学习机KELM,混合核极限学习机HKELM,支持向量机SVR,相关向量机RVM,最小二乘回归PLS,最小二乘支持向量机LSSVM,LightGBM,Xgboost,RBF径向基神经网络,概率神经网络PNN,GRNN,Elman,随机森林RF,卷积神经网络CNN,长短期记忆网络LSTM,BiLSTM,GRU,BiGRU,TCN,BiTCN,CNN-LSTM,TCN-LSTM,BiTCN-BiGRU,LSTM--Attention,VMD--LSTM,PCA--BP等等

用于数据的分类,时序,回归预测。

多特征输入,单输出,多输出

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