1.一种基于改进的蜻蜓—高斯过程回归耦合(Dragonfly Algorithm-Gaussian Processes Regression,DA-GPR)的居民社区时用水量动态实时区间预测方法,包括如下步骤:(1)读取样本数据,产生训练集和测试集;
(2)初始参数设置;
(3)初始化蜻蜓;
(4)将蜻蜓个体位置H的信息依次赋值给参数;
(5)创建高斯过程回归(Gaussian Processes Regression,GPR)模型,对训练样本进行训练,计算所有蜻蜓个体的目标函数值,并将其作为蜻蜓算法的适应度函数值,计算并保存最优适应度值及其所对应的参数值,种群中的所有蜻蜓个体全部完成分离、对齐、内聚、食物吸引和天敌排斥等五种行为操作后,迭代次数加1;
(6)判断是否满足终止条件,如果满足条件,输出最优超参数并创建最优的GPR模型;如果不满足条件,则依次更新邻域半径、更新个体位置,然后返回步骤(4)继续迭代;
(7)将测试集数据输入创建的最优GPR模型,输出预测值的均值和方差;
(8)根据给定置信度,得到时用水量实时区间预测结果。
2.根据权利要求1所述的方法,所述初始参数设置包括设置蜻蜓种群规模、最大迭代次数和参数l,σf,σn的取值范围。
3.根据权利要求2所述的方法,所述初始化蜻蜓包括随机初始化蜻蜓的位置H、步长△H、邻域半径R,惯性权重ω,分离权重s,对齐权重a,内聚权重c,食物吸引权重f,天敌排斥权重e。
4.根据权利要求3所述的方法,将蜻蜓个体位置H的信息依次赋值给参数包括将蜻蜓个体位置H的信息依次赋值给l,σf,σn,其中位置H矩阵的第一行存放参数l的值,第二行存放参数σf的值,第三行存放参数σn的值,每个蜻蜓个体对应一组参数值。
5.根据权利要求4所述的方法,所述步骤(5)进一步包括:创建GPR模型,对训练样本进行训练,计算所有蜻蜓个体的目标函数值,并将其作为蜻蜓算法的适应度函数值,找出当前的最优个体和最差个体,并将最优个体视为食物,将最差个体视为天敌;蜻蜓每进行一次行为操作,便计算一次当前蜻蜓的最大适应度值:若当前蜻蜓的适应度值大于已保存的最优适应度值,则用当前的蜻蜓的适应度值替代原保存的最优适应度值,作为当前蜻蜓的最优值,并保存当前最优值所对应的蜻蜓的超参数为最优超参数值,否则仍保存原最优适应度值及其所对应的参数值。
6.根据权利要求5所述的方法,所述终止条件优选地为达到最大迭代次数。
7.根据权利要求1或5所述的方法,所述目标函数值为
F(x)=3*MAPE+2*MAE+MSE
其中,MAPE为平均相对误差,MAE为平均绝对误差,MSE为均方误差。
8.根据权利要求7所述的方法,所述超参数为整个高斯过程回归参数集合其中 是信号方差,M=diag(l2),l为方差尺度,σn2为噪声方差。
9.根据权利要求8所述的方法,所述更新邻域半径为邻域半径随迭代次数的增加而成比例地增长;惯性权重ω、分离权重s、对齐权重a、内聚权重c、食物吸引权重f、天敌排斥权重e均为自适应线性递减权重,其最小值为0.4,最大值为0.9;种群规模为10,最大迭代次数均设为20,参数l的取值范围为[-1,1],参数σf的取值范围为[-1,1],参数σn的取值范围为[-
1,1]。
10.根据权利要求9所述的方法,所述区间预测结果表示为:[m(f*)-δcov(f*),m(f*)+δcov(f*)]其中,f*为预测值,δ为给定置信水平下预测样本服从后验概率分布的分位数;m(f*)为均值函数,cov(f*)为预测值的方差,其中,K(X,X)=Kn=(kij)为n×n阶对称正定协方差矩阵;矩阵元素kij=k(xi,xj))用来度量xi和xj的相关性,x*为测试点, 为测试点x*与训练集X之间的协方差阵,k(x*,x*)为测试点x*自身的协方差,In是n维单位矩阵。