NRBO-XGBoost+SHAP分析+新数据预测!机器学习可解释分析不在发愁!提供9种混沌映射方法(tent、chebyshev、singer等)

1. 代码主要功能

这是一个基于MATLAB的XGBoost回归预测与优化系统,主要功能包括:

  • 智能优化XGBoost超参数:使用NRBO算法优化树的数量和最大深度
  • 模型性能对比:比较优化前后XGBoost的性能差异
  • 特征重要性分析:通过SHAP值解释模型预测
  • 多维度可视化:提供雷达图、拟合图、误差分析等丰富图表
  • 新数据预测:支持对新输入数据进行预测

2. 算法步骤

主流程:

  1. 数据预处理:归一化、训练测试集划分
  2. 超参数优化:使用NRBO算法寻找最优参数组合
  3. 模型训练:用优化参数训练XGBoost模型
  4. 预测与评估:计算各项性能指标
  5. 特征解释:计算SHAP值分析特征重要性
  6. 结果可视化:生成多种对比图表

SHAP值计算:

  1. 对每个样本和特征,计算所有特征子集的边际贡献
  2. 基于Shapley值公式加权平均
  3. 生成蜂群图和重要性条形图

3. 技术路线

复制代码
数据预处理 → 智能优化(NRBO) → XGBoost建模 → SHAP解释 → 性能对比

4. 公式原理

XGBoost目标函数:

O b j = Σ l ( y i , y ^ i ) + Σ Ω ( f k ) Obj = Σl(y_i, ŷ_i) + ΣΩ(f_k) Obj=Σl(yi,y^i)+ΣΩ(fk)
其 中 Ω ( f ) = γ T + 1 / 2 λ ∣ ∣ w ∣ ∣ ² 其中Ω(f) = γT + 1/2λ||w||² 其中Ω(f)=γT+1/2λ∣∣w∣∣²

NRBO优化:

牛顿-拉夫逊优化算法(Newton-Raphson-based optimizer, NBRO)是一种新型的元启发式算法(智能优化算法),该成果由Sowmya等人于2024年2月发表在中科院2区Top SCI期刊《Engineering Applications of Artificial Intelligence》上。

5. 参数设定

优化参数:

  • 种群数量:N = 10
  • 最大迭代次数:Max_iteration = 30
  • 树数量范围50, 200
  • 深度范围1, 15

数据参数:

  • 训练集比例:80%
  • 归一化范围0, 1

混沌映射选项:

提供9种混沌映射方法(tent、chebyshev、singer等)

6. 运行环境

软件要求:

  • MATLAB2020B(主要运行环境)
  • XGBoost for MATLAB(模型训练预测)
  • spider_plot工具箱(雷达图绘制)

文件依赖:

  • 回归数据.xlsx(输入数据)
  • 新的多输入.xlsx(新预测数据)
  • spider_plot\(雷达图工具包)

7. 应用场景

适用领域:

  • 回归预测问题:房价预测、销量预测、股票预测等
  • 特征重要性分析:识别关键影响因素
  • 模型优化研究:超参数调优方法对比









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