首页 理论教育 现代中长期水文预报方法及其应用:模型算法实现

现代中长期水文预报方法及其应用:模型算法实现

时间:2023-10-04 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了避免信息的重复利用而引起过度拟合,在确定模型的最优岭函数时,需要在已有的岭函数中,优选其最能表达系统特征的岭函数,这个过程称为寻踪。下面介绍投影寻踪回归模型算法的实现过程。拟定目标函数,采用优化算法估计使目标函数达到极小的岭函数f1。检验模型精度是否达到要求,若达到要求则计算终止;否则,增加第二个投影方向α2,进行下一步计算。采用R 阶Hermite多项式去逼近第k 个岭函数后式可写为:神经网络模型拟合岭函数。

现代中长期水文预报方法及其应用:模型算法实现

实现投影寻踪回归的核心问题有两个:①投影问题,即通过对系统输入信息的分析,得到最能反映系统特征的投影方向;②寻踪问题,即样本系列投影到低维空间后,通过平滑后取中位数的非参数方法估计岭函数。为了避免信息的重复利用而引起过度拟合,在确定模型的最优岭函数时,需要在已有的岭函数中,优选其最能表达系统特征的岭函数,这个过程称为寻踪。下面介绍投影寻踪回归模型算法的实现过程。

(2)拟定目标函数,采用优化算法估计使目标函数达到极小的岭函数f1。常采用残差平方和为目标函数,即

(3)改变投影方向,重复步骤(1)和步骤(2),直到找到最佳投影方向α1 和最佳岭函数f1。

(4)检验模型精度是否达到要求,若达到要求则计算终止;否则,增加第二个投影方向α2,进行下一步计算。

(5)计算第一步优化后的残差序列:

(8)当按上述步骤优化出第p 个最佳投影方向和最佳岭函数及权重系数后,模型精度达到要求,则可终止计算。

显然,实现上述算法的关键是选择高效的优化算法和合适的岭函数。常用的优化算法有因素交替法、瞎子爬山法、单纯形调优法、梯度最速下降法、高斯牛顿最小二乘法、随机搜索法、遗传算法等。8.4节介绍了基于遗传算法的优化算法,下面介绍常用的岭函数拟合方法。

(1)分段线性回归函数。该方法对非线性的岭函数用若干个线性函数去近似逼近,将观测数据分段后,各段模型表达为:(www.xing528.com)

各段用线性模型拟合,每段模型都可以由p 个线性岭函数构成。

(2)基于埃尔米特(Hermite)多项式的岭函数。在参数投影寻踪中,为了避免使用庞大的函数表,且能保证逼近的精度,采用可变阶的正交Hermite多项式拟合其中一维岭函数,其γ阶Hermite函数的数学表达式为:

于是,R 阶Hermite多项式可写作:

式中:cγ 为Hermite多项式系数。

采用R 阶Hermite多项式去逼近第k 个岭函数后式(8.21)可写为:

(3)神经网络模型拟合岭函数。一个三层BP神经网络模型可表达为:

(4)其他函数拟合法。实践证明,各种数值计算中的函数拟合法均可用来拟合岭函数,例如光滑样条函数拟合法、正交多项式函数拟合法等。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈