%_________________________________________________________________________%
% Whale Optimization Algorithm (WOA) source codes demo 1.0 %
% %
% Developed in MATLAB R2011b(7.13) %
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% Author and programmer: Seyedali Mirjalili %
% %
% e-Mail: ali.mirjalili@gmail.com %
% seyedali.mirjalili@griffithuni.edu.au %
% %
% Homepage: http://www.alimirjalili.com %
% %
% Main paper: S. Mirjalili, A. Lewis %
% The Whale Optimization Algorithm, %
% Advances in Engineering Software , in press, %
% DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.advengsoft.2016.01.008 %
% %
%_________________________________________________________________________%
% The Whale Optimization Algorithm
function [Best_Cost,Best_pos,curve]=WOA(pop,Max_iter,lb,ub,dim,fobj)
% initialize position vector and score for the leader
Best_pos=zeros(1,dim);
Best_Cost=inf; %change this to -inf for maximization problems
%Initialize the positions of search agents
Positions=initialization(pop,dim,ub,lb);
curve=zeros(1,Max_iter);
t=0;% Loop counter
% Main loop
while t<Max_iter
for i=1:size(Positions,1)
% Return back the search agents that go beyond the boundaries of the search space
Flag4ub=Positions(i,:)>ub;
Flag4lb=Positions(i,:)<lb;
Positions(i,:)=(Positions(i,:).*(~(Flag4ub+Flag4lb)))+ub.*Flag4ub+lb.*Flag4lb;
% Calculate objective function for each search agent
fitness=fobj(Positions(i,:));
% Update the leader
if fitness<Best_Cost % Change this to > for maximization problem
Best_Cost=fitness; % Update alpha
Best_pos=Positions(i,:);
end
end
a=2-t*((2)/Max_iter); % a decreases linearly fron 2 to 0 in Eq. (2.3)
% a2 linearly dicreases from -1 to -2 to calculate t in Eq. (3.12)
a2=-1+t*((-1)/Max_iter);
% Update the Position of search agents
for i=1:size(Positions,1)
r1=rand(); % r1 is a random number in [0,1]
r2=rand(); % r2 is a random number in [0,1]
A=2*a*r1-a; % Eq. (2.3) in the paper
C=2*r2; % Eq. (2.4) in the paper
b=1; % parameters in Eq. (2.5)
l=(a2-1)*rand+1; % parameters in Eq. (2.5)
p = rand(); % p in Eq. (2.6)
for j=1:size(Positions,2)
if p<0.5
if abs(A)>=1
rand_leader_index = floor(pop*rand()+1);
X_rand = Positions(rand_leader_index, :);
D_X_rand=abs(C*X_rand(j)-Positions(i,j)); % Eq. (2.7)
Positions(i,j)=X_rand(j)-A*D_X_rand; % Eq. (2.8)
elseif abs(A)<1
D_Leader=abs(C*Best_pos(j)-Positions(i,j)); % Eq. (2.1)
Positions(i,j)=Best_pos(j)-A*D_Leader; % Eq. (2.2)
end
elseif p>=0.5
distance2Leader=abs(Best_pos(j)-Positions(i,j));
% Eq. (2.5)
Positions(i,j)=distance2Leader*exp(b.*l).*cos(l.*2*pi)+Best_pos(j);
end
end
end
t=t+1;
curve(t)=Best_Cost;
[t Best_Cost]
end
鲸鱼算法(WOA)优化长短期记忆神经网络的数据回归预测,WOA-LSTM回归预测,多输入单输出模型 评价指标包括:R2、MAE
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更新于2023-09-10
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在本项目中,我们探讨了如何利用鲸鱼优化算法(WOA)来改进长短期记忆网络(LSTM)的性能,以实现数据的回归预测。这个综合性的模型被称为WOA-LSTM回归预测,它适用于多输入单输出的情景。下面我们将深入解析其中的关键知识点。
1. 鲸鱼优化算法 (WOA):
鲸鱼优化算法是受到海洋中鲸鱼群体捕食行为启发的一种全局优化算法。它模拟了鲸鱼的捕食策略,包括环绕捕食、原地打转和螺旋式追踪,用于寻找问题的最优解。在本项目中,WOA被用来调整LSTM网络的权重和参数,以提升预测精度。
2. 长短期记忆网络 (LSTM):
LSTM是一种特殊的循环神经网络,特别适合处理序列数据,如时间序列预测。LSTM通过记忆单元、遗忘门和输出门来控制信息流,解决了传统RNNs中的梯度消失和爆炸问题,使其能够学习长期依赖关系。
3. 数据回归预测:
回归分析是一种统计方法,用于研究变量间的关系,并预测一个变量(目标变量)的值基于一个或多个其他变量(自变量)。在这个项目中,LSTM网络作为回归模型,预测未来的时间序列数据。
4. 多输入单输出模型:
在这种模型中,多个输入特征被用来预测单一的输出值。这通常发生在复杂系统中,多个因素可能影响到一个特定的结果。
5. 评价指标:
- R²(决定系数):衡量模型预测值与实际值之间的相关性,值越接近1,表示模型解释的变异程度越大。
- MAE(平均绝对误差):表示预测值与实际值之差的绝对值的平均,它对异常值敏感。
- MSE(均方误差):是预测误差平方的平均值,反映了模型的总体误差。
- RMSE(均方根误差):是MSE的平方根,同样表示模型的平均误差。
- MAPE(平均绝对百分比误差):以预测值与实际值之差占实际值的比例计算误差,适合于处理非负数据。
6. 代码结构:
- WOA.m:实现了鲸鱼优化算法的核心逻辑。
- LSTM_MIN.m:定义了LSTM模型的构建和训练过程。
- main.m:整个流程的主程序,调用WOA和LSTM并执行预测。
- initialization.m:初始化WOA的种群。
- eva1.m 和 eva2.m:可能包含了WOA的适应度函数评估和优化过程。
- R2.m:计算R²评分的函数。
- file2.mat:可能存储了预处理后的数据或模型参数。
- data.xlsx:原始数据集,包含输入和输出变量。
通过这个项目,我们可以学习如何将先进的优化算法应用于深度学习模型的参数调优,以及如何使用LSTM进行时间序列预测,并用多种评价指标评估模型性能。这对于理解和实践机器学习,特别是序列预测任务,具有很高的价值。
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智能算法及其模型预测
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