回归预测 | MATLAB实现WOA-GRU鲸鱼算法优化门控循环单元多输入单输出回归预测

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⛄ 内容介绍

软测量建模能够有效地解决生产过程中在线分析仪表测量滞后大、价格昂贵、维护保养复杂等问题。目前,神经网络是软测量建模的主要工具之一。而由于一般的循环神经网络在解决软测量问题时存在长范围依赖和梯度消失的问题,故本文采用门限循环单元神经网络(GRU)建立模型,其门限结构更少,训练效率更高。为进一步提高神经网络的预测精度,本文使用鲸鱼优化算法(WOA)来优化GRU的初始参数,并以此建立了WOA-GRU软测量模型。最后,将该方法应用于丙烯精馏塔中塔顶丙烷浓度的预测,实验结果表明,在动态建模方面WOA-GRU具有更高的预测精度。

⛄ 部分代码

%_________________________________________________________________________%

%  Whale Optimization Algorithm (WOA) source codes demo 1.0               %

% The Whale Optimization Algorithm

function [Leader_score,Leader_pos,Convergence_curve]=WOA(SearchAgents_no,Max_iter,lb,ub,dim,fobj)

% initialize position vector and score for the leader

Leader_pos=zeros(1,dim);

Leader_score=inf; %change this to -inf for maximization problems

%Initialize the positions of search agents

% Positions=initialization(SearchAgents_no,dim,ub,lb);

Positions=ceil(rand(SearchAgents_no,dim).*(ub-lb)+lb);

Convergence_curve=zeros(1,Max_iter);

t=0;% Loop counter

% Main loop

while t

    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,:)

        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 for maximization problem

            Leader_score=fitness; % Update alpha

            Leader_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(SearchAgents_no*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*Leader_pos(j)-Positions(i,j)); % Eq. (2.1)

                    Positions(i,j)=Leader_pos(j)-A*D_Leader;      % Eq. (2.2)

                end

                

            elseif p>=0.5

              

                distance2Leader=abs(Leader_pos(j)-Positions(i,j));

                % Eq. (2.5)

                Positions(i,j)=distance2Leader*exp(b.*l).*cos(l.*2*pi)+Leader_pos(j);

                

            end

            

        end

    end

    t=t+1;

    Convergence_curve(t)=Leader_score;

%     [t Leader_score]

end

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1]杨逸俊, 王昕, 王振雷. 基于WOA-GRU的精馏塔丙烷浓度软测量建模[C]// 第30届中国过程控制会议(CPCC 2019). 0.

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