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《大连理工大学》 2006年
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非线性多步预测与优化方法及其在水文预报中的应用

谢景新  
【摘要】:非线性时间序列预测与优化是非线性动态复杂系统中的两个重要组成部分,被广泛应用于气象、水文、医学、电子、信息科学等众多领域。时间序列多步预测是指预测未来多个点的数据,相对于单步预测而言,有着更加重要的应用价值;非线性优化问题如非线性系统辨识等大都可转化为函数优化问题,而多峰值函数和多模态函数的寻优方法一直是优化技术领域中的一个难点和研究热点;此外,在工程应用领域,水文中长期预报和水文模型参数优选是水文预报中的两大重点问题,一直以来都受到水文界的关注。本文就非线性多步预测与优化问题作如下研究: 1.针对间接多步预测中不可避免的误差累积现象,建立了一个基于样条插值和自适应时延神经网络的三阶段混合模型(spline-interpolation adaptive time-delay neural network,SATNN),模型中使用插值技术,在预测点前的若干数据点间,逆时序插入数量逐渐递增的虚拟数据,形成一个动态新序列,使之作为自适应时延神经网络的输入数据,增加了远离预测点数据对预测模型的影响,当前次预测值迭代到神经网络的输入端后,可以减小预测误差对后续点预测的影响,提高了间接多步预测的可靠性,本模型还特别适合小样本数据序列。以两个基准时间序列为对象进行了仿真,研究结果表明该模型是一个有效的间接多步预测方法。 2.建立了一个基于经验模式分解与混沌分析的直接多步预测模型(EMD DRNN)。模型中通过模式分解方法,把原始时间序列分解成不同尺度的基本模式分量,通过各基本模式分量使原始序列中包含的信息得以充分体现,而且还简化了非线性系统中特征信息的干涉或耦合,对每一个分量而言,减少了序列内在的非线性复杂性,进而减小各步预测模型之间的区别,使模型能够有能力去学习多种不同的目标函数;然后,根据各序列的混沌特性,设计合理的动态递归神经网络结构,最后再进行组合预测。通过太阳黑子年平均数和Mackey-Glass序列的测试,验证了该模型的优越性。 3.针对多模态函数的多峰优化问题,提出了一个改进的信息熵免疫优化算法(improved information-entropy-based immune algorithm,ⅢA)。算法中改进了信息熵浓度选择算子,并首次提出了云模型变异算子,使算法克服了信息熵法在函数优化中计算抗体亲合度和抗体浓度时存在的问题;同时,通过云模型变异算子加入一定的随机与规律的成分,使个体的选择与变异在更加自然、合理的指导模型下进行。通过几种典型的多峰函数寻优测试,证明该算法能够较好地实现全局最优解和局部最优解的同步搜索和保持,具有较强的多峰优化能力。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP18

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 龙云安;孙峥;;科技突破的金融依赖效应和机制研究[J];科学管理研究;2012年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 向昌盛;基于支持向量机的时间序列组合预测模型[D];湖南农业大学;2011年
2 王文川;水电系统中预报与调度的混合智能方法研究及应用[D];大连理工大学;2008年
3 李欣;量子计算与过程神经网络研究及应用[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 尹汉钊;基于递归神经网络与集成算法的时间序列预测应用研究[D];西安电子科技大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周伟良,何鲲,曹先彬,程慧霞;基于一种免疫遗传算法的BP网络设计[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年01期
2 沈慧慧,韩生廉;免疫算法多样性及亲和性的一种计算方法[J];重庆职业技术学院学报;2004年04期
3 陈守煜;模糊水文学[J];大连理工大学学报;1988年03期
4 金龙,秦伟良,姚华栋;多步预测的小波神经网络预报模型[J];大气科学;2000年01期
5 吴宏晓,侯志俭;基于免疫支持向量机方法的电力系统短期负荷预测[J];电网技术;2004年23期
6 王磊,潘进,焦李成;免疫算法[J];电子学报;2000年07期
7 徐科,徐金梧,班晓娟;基于小波分解的某些非平稳时间序列预测方法[J];电子学报;2001年04期
8 简相超,郑君里;一种正交多项式混沌全局建模方法[J];电子学报;2002年01期
9 罗文坚,曹先彬,王煦法;用一种免疫遗传算法求解频率分配问题[J];电子学报;2003年06期
10 焦李成,杜海峰;人工免疫系统进展与展望[J];电子学报;2003年10期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 向小东;基于神经网络与混沌理论的非线性时间序列预测研究[D];西南交通大学;2002年
2 吕岗;免疫算法及其应用研究[D];中国矿业大学(北京);2003年
3 钟一文;智能优化方法及其应用研究[D];浙江大学;2005年
4 李向阳;水文模型参数优选及不确定性分析方法研究[D];大连理工大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宫政;何飓;;云模型在电力变压器故障诊断中的应用[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2012年01期
2 尹峰,邓小鹏,许四毛;生物免疫机理在计算机安全领域的应用与发展[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2004年Z1期
3 孙宏义,朱梅;混沌时间序列预测及在股票市场中的应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2003年04期
4 朱梅,王海燕;中国股票市场的非线性确定性预测[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年02期
5 张蓬涛;周雁;刘晓庄;秦岭;;人工神经网络在农业自然资源研究中的应用[J];安徽农业科学;2007年27期
6 朱小琴;郭军;刘广军;;基于BP神经网络的抽水泵站抽水量预测[J];安徽农业科学;2009年30期
7 张振伟;马建琴;程瑶;;基于模糊对向传播神经网络的水库径流预报[J];安徽农业科学;2010年01期
8 宿辉;丁光彬;;基于混沌理论的自适应模糊推理网络系统在径流时间序列预测中的应用[J];安徽农业科学;2010年12期
9 梅疏影;;基于马尔可夫模型的南京市年降水量预测试验[J];安徽农业科学;2011年36期
10 孙文新;齐名军;;基于混合策略机制的人工鱼群算法[J];安徽农业科学;2012年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韩敏;李德才;;基于因果聚类的多变量时间序列相关性研究及预测[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 李晶;李玲玲;万娟;许艮华;陈芳;;基于云理论的支持无输入的语音质量客观评价的建模方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 洪露;穆志纯;;一种新的克隆混沌调节算法的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 ;Edge Detection of Images Based on Cloud Model Cellular Automata[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 ;The Research of Decision-make Based on IGA in Agent-oriented Multi-issue Automated Negotiation[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 孙衢;王永玉;;基于云模型的非线性系统智能滑模控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 龚涛;杜常兴;;免疫计算研究的进展[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
8 李宗刚;王寅杰;高溥;;基于二维云模型的彩色图像环域聚类分割方法及其在机器鱼视觉系统中的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
9 潘海鹏;王皖慧;高金凤;;基于改进人工免疫算法的变参数PID控制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 马小平;金珠;;基于云和蚁群优化的煤与瓦斯突出区域预测分析[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周芳;蒸汽发生器检修机械手路径规划及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李建平;面向异构数据源的网络安全态势感知模型与方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 雷亚辉;水下目标的时间反转法声探测技术应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 苏晓宏;海杂波的特性分析与目标检测处理[D];大连海事大学;2010年
5 熊晶;海洋生态本体的建模方法研究及应用[D];中国海洋大学;2010年
6 郭瑛;基于事件触发的无线传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年
7 窦亚玲;基于直觉模糊集的多约束网络路由决策方法研究[D];华中科技大学;2010年
8 穆振侠;高寒山区降水垂直分布规律及融雪径流模拟研究[D];新疆农业大学;2010年
9 王大伟;基于免疫的入侵检测系统中检测器性能研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
10 徐瑞;大型复杂结构非平稳随机振动分析方法研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱杰;一种基于聚类的支持向量机反问题求解算法[D];河北大学;2007年
2 蒋慧;改进的遗传算法在电力系统无功优化中的应用[D];安徽工程大学;2010年
3 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 马水松;多目标遗传算法与非支配集的构造研究[D];山东科技大学;2010年
5 张娓娓;焦炭生产过程质量模型建模方法研究[D];郑州大学;2010年
6 刘琪;正态云模型模糊推理系统及其应用研究[D];郑州大学;2010年
7 梁大圣;空间数据仓库的设计与构建[D];山东农业大学;2010年
8 武文红;基于BP神经网络的半湿润平原井灌区土壤墒情预报研究[D];山东农业大学;2010年
9 葛秘蕾;基于云理论的图像分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 尹丽玲;基于人工免疫算法的Web文本挖掘研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贾春生;;ARIMA模型在马尾松毛虫发生面积预测中的应用[J];安徽农业科学;2007年19期
2 陈绘画;朱寿燕;周泽华;;基于遗传神经网络混合模型预测马尾松毛虫发生量的研究[J];安徽农业科学;2009年12期
3 张永生;;支持向量机在害虫预测预报中的应用[J];现代农业科技;2009年14期
4 许少华,何新贵;径向基过程神经元网络及其应用研究[J];北京航空航天大学学报;2004年01期
5 欧阳楷,邹睿,刘卫芳;基于生物的神经网络的理论框架──神经元模型[J];北京生物医学工程;1997年02期
6 王海英;蔡向东;尤波;张礼勇;;基于遗传算法的移动机器人动态路径规划研究[J];传感器与微系统;2007年08期
7 徐丹;邓华玲;;投影寻踪回归模型在大豆食心虫虫食率预测中的应用[J];东北农业大学学报;2009年02期
8 王志宇,许良,张学成;金融危机预警专家系统的建立[J];燕山大学学报;2000年01期
9 朱志宇,姜长生,张冰;基于支持向量回归的混沌序列预测方法[J];电工技术学报;2005年06期
10 陈守煜;模糊水文学[J];大连理工大学学报;1988年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱明;基于知识管理的智能型贷款风险分类研究[D];东华大学;2002年
2 方先明;商业银行信用风险预警管理系统研究[D];河海大学;2004年
3 喻鑫;我国货币市场与资本市场的联结研究[D];华中科技大学;2005年
4 王喜平;国际资本流动与宏观经济稳定[D];天津大学;2005年
5 李天舒;混沌时间序列分析方法研究及其应用[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 武新宇;不确定环境下水电系统多维优化理论和应用[D];大连理工大学;2006年
7 李红星;基于统计学习理论的正则化最小二乘回归在时间序列建模和预测中的应用[D];中国科学技术大学;2007年
8 王文川;水电系统中预报与调度的混合智能方法研究及应用[D];大连理工大学;2008年
9 李盼池;量子计算及其在智能优化与控制中的应用[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 甘敏;基于状态相依模型的非线性时间序列建模及其优化方法研究[D];中南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 乐斌;Boosting算法研究及其在光谱分析中的应用[D];浙江大学;2004年
2 宋玉强;人工神经网络在时间序列预测中的应用研究[D];西安建筑科技大学;2005年
3 姜桂仁;混沌时序的特征量分析及相空间重构[D];江苏大学;2005年
4 刘旸;新兴市场金融危机传染效应的实证研究[D];大连理工大学;2006年
5 廖德勇;支持向量机在多目标跟踪中的应用研究[D];南京航空航天大学;2006年
6 王大鹏;基于支持向量机的公路车流量数据分析与预测模型[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 王丽丽;集成学习算法研究[D];广西大学;2006年
8 陈斌;利用主要气象因子对二代玉米螟预测预报研究[D];山东农业大学;2007年
9 陈玉红;RBF网络在时间序列预测中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 张海望;基于小波消噪与BP神经网络的太阳黑子时间序列预测[D];东北师范大学;2009年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘红岭;电力市场环境下水电系统的优化调度及风险管理研究[D];上海交通大学;2009年
2 李欣;量子计算与过程神经网络研究及应用[D];大连理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周伟良,何鲲,曹先彬,程慧霞;基于一种免疫遗传算法的BP网络设计[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年01期
2 冯建生;KDD及其应用[J];宝钢技术;1999年03期
3 钟桂芳;灰色变基模型在密云水库长期水文预报中的应用[J];北京水利;1996年03期
4 王梓坤;论混沌与随机[J];北京师范大学学报(自然科学版);1994年02期
5 张景雄,杜道生;位置不确定性与属性不确定性的场模型[J];测绘学报;1999年03期
6 陈守煜 ,刘剑钊;推求设计典型年径流过程的软划分聚类方法[J];重庆交通学院学报;1986年02期
7 朱伟勇,王兴元;二维Logistic映射中的阵发混沌与分形[J];东北大学学报;1998年05期
8 林凯荣,郭生练,陈华,雒征;基于Web的实时水库洪水调度自动化系统[J];水电自动化与大坝监测;2005年02期
9 沙智明,郝育黔,郝玉山,杨以涵;基于改进自适应遗传算法的电力系统相量测量装置安装地点选择优化[J];电工技术学报;2004年08期
10 陈守煜;模糊集理论与方法在水资源研究中的应用与前景[J];大连工学院学报;1984年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 李艳君;拟生态系统算法及其在工业过程控制中的应用[D];浙江大学;2001年
2 王磊;免疫进化计算理论及应用[D];西安电子科技大学;2001年
3 殷光伟;中国股票市场预测方法的研究[D];天津大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 欧春平;智能算法在流域洪水预报系统建模中的应用及其软件集成体系[D];大连理工大学;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田巧玉;陈理;;基于欧氏距离的人工免疫算法[J];技术与市场;2009年07期
2 郑日荣;章云;钟灵;;一种改进的基于信息熵的人工免疫算法[J];南京信息工程大学学报(自然科学版);2010年03期
3 张合勇;任德明;赵卫疆;曲彦臣;;图像处理中二维经验模式分解的改进算法[J];光学学报;2009年05期
4 郑日荣,毛宗源,罗欣贤;基于欧氏距离和精英交叉的免疫算法研究[J];控制与决策;2005年02期
5 李凌;黎明;鲁宇明;;改进的EMD算法及其在条带间距测量中的应用[J];应用科学学报;2010年01期
6 郑日荣,毛宗源;一种改进的人工免疫算法[J];计算机工程与应用;2003年33期
7 邓小颖;陈卫峰;;基于改进经验模式分解算法的图像插值[J];现代电子技术;2011年14期
8 李中华,毛宗源,邬依林,伍建平;基于人工免疫算法的电梯交通动态分区计算[J];华南理工大学学报(自然科学版);2004年04期
9 李彬;田联房;毛宗源;;基于人工免疫的灰度图像多阈值自动分割[J];计算机工程与设计;2007年01期
10 郑日荣,毛宗源,罗欣贤;一种加快基于信息熵的人工免疫算法运行速度的方法[J];计算机测量与控制;2004年11期
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1 李宏坤;周帅;;Hilbert谱特征提取与支持向量机的设备状态识别方法再研究[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
2 谢平;林洪彬;王霄;刘彬;;一种用于故障诊断的多信息熵监测方法研究[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年
3 颜元;;基于信息熵的旅游地生命周期量化研究——旅游地演化实质的一种假说[A];中国地理学会2006年学术年会论文摘要集[C];2006年
4 闫华;;基于信息熵的粗糙集知识约简方法[A];第十届粤港机电工程技术与应用研讨会暨梁天培教授纪念会文集[C];2008年
5 张孝飞;陈肇雄;黄河燕;俞旸;;基于信息熵的候选实例模式检索算法[A];语言计算与基于内容的文本处理——全国第七届计算语言学联合学术会议论文集[C];2003年
6 苗夺谦;王珏;;知识粗糙性的信息论解释[A];1996年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1996年
7 陈超海;王宽全;李乃民;徐礼胜;张冬雨;耿斌;;一种基于熵分析的脉象数据压缩方法[A];第一届全国中西医结合诊断学术会议论文选集[C];2006年
8 郭荣中;申海建;张毅;;基于信息熵的土地利用结构动态演变分析——以湖南省岳阳市为例[A];2007年中国土地学会年会论文集[C];2007年
9 张立宁;葛世刚;安晶;;基于信息熵与未确知测度的企业经济效益评价模型研究[A];第六届中国不确定系统年会论文集[C];2008年
10 刘伟杰;路朝卿;范耀光;;基于信息熵的房地产投资风险评价未确知测度模型及应用[A];第六届中国不确定系统年会论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李海霞 王阶;基于信息熵的血瘀证症状规范化研究[N];中国中医药报;2006年
2 ;“熵”在中医方证研究中的运用[N];中国中医药报;2004年
3 ;互联网安全 化无序为有序[N];计算机世界;2008年
4 自治区征地事务中心 滕健;基于熵值法的乌鲁木齐城市土地利用综合效益评价[N];新疆科技报(汉);2007年
5 张凤娟;石油管线的“千里眼”[N];中国石化报;2008年
6 上海远东证券公司首席金融工程专家 马小佐;宝钢股份及宝钢权证估值分析[N];证券日报;2005年
7 远东证券首席金融工程专家 马小佐;武钢股份及武钢权证估值分析[N];证券日报;2005年
8 顾正华 唐洪武 肖洋 河海大学水利水电工程学院 李云 南京水利科学研究院水工研究所;水流智能模拟大步走来[N];中国水利报;2005年
9 语言文字应用研究所研究员 冯志伟;汉语拼音是语言信息处理的有效工具[N];光明日报;2000年
10 冯卫东;改头换面也能认出你[N];科技日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谢景新;非线性多步预测与优化方法及其在水文预报中的应用[D];大连理工大学;2006年
2 许庆阳;危险模式人工免疫算法及其应用研究[D];大连海事大学;2010年
3 朱玉;面向瓦斯突出预测的人工免疫算法与模型研究[D];中国矿业大学;2009年
4 沈莞蔷;CAD中变次数B样条的理论及其应用研究[D];浙江大学;2010年
5 M. Joseph Nguimbis;OFDM与信息熵技术在低压电力线载波通信中的应用研究[D];华中科技大学;2004年
6 张继国;降水时空分布的信息熵研究[D];河海大学;2004年
7 刘佳;电力系统中若干优化问题的研究[D];东北大学;2009年
8 陈劲光;基于云模型的中文面向查询多文档自动文摘研究[D];华中师范大学;2011年
9 江迎;基于云模型和GIS/RS的坝堤溃决风险分析及灾害损失评估研究[D];华中科技大学;2012年
10 王晶昕;样条插值适定性与插值逼近问题研究[D];大连理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马艳;电力设计行业顾客满意度测评研究[D];清华大学;2005年
2 柳咏梅;泰安抽水蓄能电站项目经济效益评价研究[D];华北电力大学(河北);2008年
3 刘丹梅;我国高科技企业海外上市模式选择研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 朱建;基于熵估计的网络流量异常检测研究[D];华中科技大学;2007年
5 李德玉;高技术风险企业持续竞争优势的战略构建研究[D];重庆大学;2004年
6 魏伟一;基于内容的图像检索技术研究[D];西北师范大学;2005年
7 路小英;基于模糊扩张矩阵多类问题的最优特征子集抽取[D];河北大学;2005年
8 王爱军;基于人工免疫算法的优化策略研究[D];大庆石油学院;2005年
9 韩立奇;网站导航代价量化与测试算法研究[D];大连理工大学;2006年
10 任红艳;基于最佳小波包分解的语音压缩研究[D];西北大学;2006年
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