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专利号: 2018110504953
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于博弈神经网络的PM2.5浓度值预测方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤1、原始数据采集,原始数据包括PM2.5浓度值历史数据、PM2.5浓度值指标历史数据和气象历史数据;

步骤2、采用生成网络生成模拟数据,过程如下:

步骤2.1、创建一个包含输入层、隐含层和输出层的三层神经网络,设定隐含层和输出层的节点个数,所述隐含层的节点个数采用经验公式给出估计值,所述经验公式如下:上式中,a和b分别为输入层和输出层的神经元个数,c是[0,10]之间的常数;

步骤2.2、分别设定输入层、输出层数据的维度,隐含层、连接层和输出层的训练函数、连接函数和输出函数,设定网络的期望误差最小值、最大迭代次数和学习率;

步骤2.3、随机产生一组随机数据作为生成模型的输入层数据,然后经过生成模型后在输出层产生一组新的PM2.5预测数据,作为FakeData,记作D(m);

步骤3、采用判别网络判断模拟数据的真伪,过程如下:步骤3.1、创建一个包含输入层、隐含层和输出层的三层神经网络,设定隐含层和输出层的节点个数;所述隐含层的节点个数采用经验公式给出估计值,所述经验公式如下:上式中,a和b分别为输入层和输出层的神经元个数,c是[0,10]之间的常数;

步骤3.2、在输出层之后连接一层softmax函数,将多分类的输出数值转化为相对概率;

其中,Vi是分类器前级输出单元的输出。i表示类别索引,总的类别个数为C,Si表示的是当前元素的指数与所有元素指数和的比值;

步骤3.3、从数据集中随机选择一组数据作为Real Data,记作x;

步骤3.4、将D(m)和作为x输入数据输入判别网络中,经过判别网络后输出值为一个0到

1之间的数,用于表示输入数据为Real Data的概率,real为1,fake为0;

步骤4、采用博弈神经网络预测PM2.5浓度值,过程如下:步骤4.1、将生成网络中生成的模拟数据与原始数据输入判别神经网络,建立博弈神经网络并训练;

步骤4.2、计算判别网络损失函数:

LD=-((1-y)log(1-D(G(m)))+ylogD(x))         ⑷y为输入数据的类型,当输入数据为Real Data数据时,y=1,损失函数公式的前半部分为0。D(x)为判别模型的输出,表示输入x为real数据的概率,训练目标要使得判别网络的输出D(x)的输出趋向于1;

当输入数据为Fake Data数据时,y=0,损失函数公式的后半部分为0,G(m)是生成模型的输出,此时的训练目标要使得D(G(m))的输出趋向于0;

步骤4.3、计算生成网络损失函数:

LG=(1-y)log(1-D(G(m)))                 ⑸生成网络的训练目标是要使得G(m)产生的数据与真实数据具备同样的数据分布;

步骤4.4、计算博弈神经网络的损失函数:

其中,表示判别模型的预测类别,对预测概率取整为0或者1,用于更改梯度方向;

步骤4.5、根据损失函数的误差进行反向传播,调整循环神经网络的各层权值,调整方式如下:调整规则为:最大化D的区分度,最小化G和real数据集的数据分布;

步骤4.6、判断博弈神经网络是否收敛,当误差小于期望误差最小值时,算法收敛,在达到最大迭代次数时结束算法,所述博弈神经网络训练完成;

步骤4.7、将待测数据输入到所述训练完成的博弈神经网络中,输出PM2.5浓度值的最终预测值。

2.如权利要求1所述的一种基于博弈神经网络的PM2.5浓度值预测方法,其特征在于,所述PM2.5浓度值指标包括AQI、PM10、NO2、CO、SO2和O3浓度。