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专利号: 2019100832227
申请人: 湖北工业大学
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:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进蚁狮优化算法的高光谱图像的特征选择方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:根据原始高光谱图像的波段信息创建训练样本和测试样本;

步骤2:创建小波核函数支持向量机分类模型,得到独立的波段;

步骤3:使用二进制编码的方式生成改进蚁狮算法的初始种群;

步骤4:执行改进蚁狮算法的基本步骤,得到最优波段组合。

2.根据权利要求1所述的基于改进蚁狮优化算法的高光谱图像的特征选择方法,其特征在于:步骤1中所述训练样本和测试样本,使用高光谱图像中的得到的训练样本去训练小波核函数支持向量机。

3.根据权利要求1所述的基于改进蚁狮优化算法的高光谱图像的特征选择方法,其特征在于:步骤2中所述小波核函数支持向量机分类模型,公式为:其中,σi为小波尺度因子,其中x表示原始波段信息的向量,xi表示原始图像波段的信息的第i的变量的值,xi’为xi的转置。

4.根据权利要求1所述的基于改进蚁狮优化算法的高光谱图像的特征选择方法,其特征在于:步骤2中,通过移除部分高相关度的波段,从而获得独立波段;

基于DCT系数的谱概率图表示为:

其中D(i,j)是每个特征的DCT系数矩阵;

然后,局部谱熵定义如下:

定义一个独立的频带质量标准如下:

其中,Ef局部谱熵值,Cr为当前频段与获得最大谱熵值频段的相关系数,谱熵是波段能谱的精确描述,相关系数强调的是局域斑块内的主频率和主方向,因此,它能够更清晰地区分每个波段的质量。

5.根据权利要求1所述的基于改进蚁狮优化算法的高光谱图像的特征选择方法,其特征在于:步骤3中,改进蚁狮算法的每一位都用“0”或“1”表示,“1”表示这个波段将选择进行分类,“0”表示不选择此波段。

6.根据权利要求1所述的基于改进蚁狮优化算法的高光谱图像的特征选择方法,其特征在于,步骤4的具体实现包括以下子步骤:步骤4.1:对种群进行二进制初始化,设置蚁狮和蚂蚁的总数都为N,即总数为2N个个体,其中每个个体的长度与数据集的波段保持一致,并且每一位每一位都用“0”或“1”表示,“1”表示这个频带将选择进行分类,“0”表示不选择此波段;antti表示第t次随机行走时,第i个蚂蚁的位置,antlionti表示第t次随机行走时,第i个蚁狮的位置,当t=0时,即初始时刻,在解空间随机生成2N个个体:ant01,ant02,...,ant0N-1,ant0N,antlion01,antlion02,...,antlion0N-1,antlion0N;

其生成的具体公式为:

ant=randi([0 1],N,dim);

antlion=randi([0 1],N,dim);

步骤4.2:使用小波向量核函数分类器进行分类,并计算适应度值;适应度值计算公式为:其中,F(i)是第i个蚂蚁的适应度值,nc和ns(i)分别是总共的波段和选中的波段数量,λ是权重系数,Acc(i)是每个蚂蚁的分类准确度,定义为:其中,Tp表示如果测试样本为肯定,且经鉴定也为肯定;TN表示如果测试结果为否定,且经鉴定也为否定;Fp表示如果测试结果是否定,但经鉴定为肯定;FN表示如果测试结果是肯定,但经鉴定为否定;

步骤4.3:蚂蚁的随机游动描述为:

Xt=[0,cumsum(2r(t1)-1),cumsum(2r(t2)-1),...,cumsum(2r(tn)-1)];

其中,Xt是蚂蚁的随机行走,n是蚂蚁的数量,cumsum()表示累计和函数,t是随机行走的步数即迭代次数,t1表示第一次迭代,tn表示第n次迭代,r(t)是一个随机函数定义为:其中,rand是在[0,1]区间内均匀分布产生的随机数;

为了保证蚂蚁随机游动在搜索空间内,利用定义的归一化方程对蚂蚁随机游动的位置进行归一化,公式为:其中,ai是第i个变量随机游走的最小值,bi是第i个变量随机游走的最大值,迭代t时第i个变量随机游走的最小值, 迭代t时第i个变量随机游走的最大值;

为了对蚂蚁的行为进行数学建模,自适应地减小了蚂蚁随机游动超球面的半径,描述公式如下:其中,ct表示第t代所有变量最小值的向量,dt表示第t代所有变量最大值的向量,T为最大迭代次数,ω根据当前迭代次数确定;

步骤4.4:根据全局最佳蚂蚁确定新位置;

采用列维飞行构造改进蚁狮算法,定义为:

其中,Xi表示蚂蚁i的位置,LXi表示蚂蚁i的新位置,α值的大小与问题的规模有关;Levy(λ)表示服从当前迭代次数的t的随机分布,其概率分布为:Levy~u=t-λ,1<λ<3,

采用模拟levy飞行来进行搜索,其计算公式如下:其中,s即为Levy(λ)所求得的路径,参数β与λ的关系为λ=β+1;μ,ν为服从正态分布的随机数,如下式:其中Γ(x)定义如下:

将随机游走作为蚁群算法的局部搜索过程,引入到蚁群算法中,对当前全局最优蚁群Xg进行局部搜索过程,而Xg附近的范围可能是最优解最有前途的区域;随机游动的基本步骤是:根据Xg用列维初始化状态;然后,利用上述公式: 确定当前迭代求解空间的值映射,增加蚂蚁的数量;最后计算每只蚂蚁的适应度值,选择适应度值最优的蚂蚁进行下一次迭代;

步骤4.5:对种群进行二进制编码;

采用的公式如下:

其中,tanh()为双曲正切函数, 表示第t代LXi的取值, 蚂蚁二进制编码之后的位置;

步骤4.6:更新蚁狮位置;

根据适应度值对蚂蚁和蚁狮一起排序,取前N个个体作为蚁狮;

步骤4.7交叉操作;

假设蚂蚁通过轮盘赌的轮盘随机选择一只蚁狮,并与精英同时围绕该蚁狮行走,如下所示:其中, 为迭代t时轮盘赌轮选择的蚁狮的随机游走, 迭代t时精英的随机游走;

步骤4.8:判断是否达到设定的迭代次数;

若是,则获得最优波段组合,执行步骤4.9;

若否,则步骤执行步骤4.2;

步骤4.9:输出最优波段组合。