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基于梯度提升机的中国陆地生态系统土壤异养呼吸预测
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作者 张金文 王文龙 +4 位作者 倪荣雨 张彬梅 曾爱聪 郭福涛 苏漳文 《浙江农林大学学报》 北大核心 2025年第4期774-783,共10页
【目的】极限梯度提升树(XGBoost)与轻量级梯度提升机(LightGBM)模型在梯度提升决策树框架下各具优势,系统对比两者在土壤异养呼吸估算中的性能差异,有助于深入挖掘梯度提升机在生态系统碳通量预测中的潜力,并推动该类模型在大尺度碳循... 【目的】极限梯度提升树(XGBoost)与轻量级梯度提升机(LightGBM)模型在梯度提升决策树框架下各具优势,系统对比两者在土壤异养呼吸估算中的性能差异,有助于深入挖掘梯度提升机在生态系统碳通量预测中的潜力,并推动该类模型在大尺度碳循环模拟中的优化应用。【方法】基于全球土壤呼吸数据库(SRDB),构建了中国陆地生态系统的土壤异养呼吸及环境因子数据库,利用XGBoost和LightGBM 2种梯度提升机模型对2000—2023年中国陆地生态系统土壤异养呼吸进行估算与对比分析,并进一步探讨中国陆地生态系统土壤异养呼吸的空间分布趋势及其主要影响因素。【结果】①2个模型均展现出较高的预测精度(测试集决定系数均为0.91),XGBoost模型在训练集上表现出较强的拟合能力,LightGBM模型则在测试集上能够更好地控制误差。②在2000—2023年,XGBoost与LightGBM模型估算的中国陆地生态系统土壤异养呼吸年平均值分别为299.57和294.60 g·m^(−2)·a^(−1),年际变化幅度分别为19.51和32.43 g·m^(−2)·a^(−1)。③中国陆地生态系统土壤异养呼吸呈现南高北低的空间分布特征,主要受土壤性质和叶面积指数影响。这一空间异质性反映了土壤异养呼吸对环境变化的不同响应。【结论】梯度提升机模型在大尺度土壤异养呼吸建模与预测中表现出良好的适应性,能够有效捕捉土壤异养呼吸的时空变化特征,展现出较强的预测能力. 展开更多
关键词 土壤异养呼吸估算 陆地生态系统 极限梯度提升树(xgboost)模型 轻量级梯度提升机(LightGBM)模型
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基于极限梯度提升和探地雷达时频特征的水泥路面脱空识别 被引量:2
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作者 张军 姜文涛 +3 位作者 张云 罗婷倚 余秋琴 杨哲 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期104-114,121,共12页
针对探地雷达(GPR)数据解译依赖于人工经验,存在费时费力和主观偏差的问题,提出了基于极限梯度提升(XGBoost)和GPR时频特征的水泥路面脱空识别方法。采用正演模拟、室内试验和现场试验获得了脱空病害数据源,建立含有标签的脱空GPR数据集... 针对探地雷达(GPR)数据解译依赖于人工经验,存在费时费力和主观偏差的问题,提出了基于极限梯度提升(XGBoost)和GPR时频特征的水泥路面脱空识别方法。采用正演模拟、室内试验和现场试验获得了脱空病害数据源,建立含有标签的脱空GPR数据集;通过重采样方法统一GPR数据采样频率,并对预处理后的GPR数据进行时频域特征提取,建立了包含18个时域和12个频域特征的数据集。以时频域特征为输入,是否存在脱空病害为输出,采用XGBoost算法构建脱空识别模型,并与随机森林(RF)和人工神经网络(ANN)算法进行对比。结果表明,模型的识别准确率排序为XGBoost(98.10%)>ANN(95.10%)>RF(93.17%),XGBoost模型识别精度最高,并能在实际路面上准确定位脱空区域。 展开更多
关键词 道路养护 探地雷达(GPR) 脱空病害 极限梯度提升(xgboost) 时频域特征
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基于BO-XGBoost模型的衢州市浅层滑坡易发性评价
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作者 王凯 邬礼扬 +3 位作者 殷坤龙 曾韬睿 谢小旭 龚泉冰 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第3期197-209,共13页
机器学习模型作为评估滑坡易发性的先进工具,其精度的提高是获得高质量易发性区划图的核心。为优化机器学习模型,克服传统模型在预测浅层滑坡方面的不足,提出了一种基于贝叶斯优化(Bayesian optimization,BO)的极端梯度提升树(extreme g... 机器学习模型作为评估滑坡易发性的先进工具,其精度的提高是获得高质量易发性区划图的核心。为优化机器学习模型,克服传统模型在预测浅层滑坡方面的不足,提出了一种基于贝叶斯优化(Bayesian optimization,BO)的极端梯度提升树(extreme gradient boosting,XGBoost)模型,用以评价衢州市的浅层滑坡易发性。首先,基于衢州市682处浅层滑坡的基础数据,选取坡度、坡向等10个指标构建指标因子体系;然后构建XGBoost模型,使用贝叶斯算法进行超参数优化;最后使用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线以及统计方式进行精度分析,并与其他的机器学习模型进行对比。结果表明:①BO-XGBoost模型(AUC=0.874)预测精度最高,比XGBoost模型性能提升了4.17%,且根据浅层滑坡在各易发性等级的分布情况,BO-XGBoost模型在极高易发区中浅层滑坡数占比最高,为36.80%,滑坡比率最高,为3.92;②衢州市浅层滑坡极高和高易发区主要分布于北部、南部和中部山区的道路和水系沿线区域;③土地利用类型为草地、居民点距离小于400 m、道路距离与水系距离小于150 m是衢州市浅层滑坡发育的主要影响因素。研究提出的模型显著优于传统方法,提高了滑坡易发性评价的准确性,为东部沿海山区的浅层滑坡易发性评价提供了一种新颖的技术方案。 展开更多
关键词 浅层滑坡 易发性评价 极端梯度提升树(xgboost) 贝叶斯优化(BO)
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基于梯度提升的优化集成机器学习算法对滑坡易发性评价:以雅鲁藏布江与尼洋河两岸为例 被引量:8
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作者 林琴 郭永刚 +2 位作者 吴升杰 臧烨祺 王国闻 《西北地质》 CSCD 北大核心 2024年第1期12-22,共11页
雅鲁藏布江与尼洋河两岸地质构造活跃,山体滑坡时常发生,滑坡易发性评价能有效的减少因灾害发生所造成的对人类生命和财产的伤害。笔者基于基尼系数的加权随机森林、XGBoost和LightGBM算法在滑坡易发性中的性能。选取188个滑坡样本和7... 雅鲁藏布江与尼洋河两岸地质构造活跃,山体滑坡时常发生,滑坡易发性评价能有效的减少因灾害发生所造成的对人类生命和财产的伤害。笔者基于基尼系数的加权随机森林、XGBoost和LightGBM算法在滑坡易发性中的性能。选取188个滑坡样本和7个影响因素,应用五折交叉验证法训练模型,训练过程中同时考虑特征选择算法、运用贝叶斯方法优化超参数后,采用precision、recall、F1、Accuracy指标对各个级别的预测结果进行分析。结果表明:在高程为32~1544 m与2722~3752 m、坡度为30°~40°、距断裂带、河流与道路200 m以内的区域最容易发生滑坡;滑坡极高与高易发性分布为12.14%和12.41%,低和极低易发性占比分别为26.47%与29.55%,区内一半以上的地区不容易发生滑坡灾害;LightGBM模型在所有模型中表现最好,AUC值为0.8432,准确度为0.8531,F1分数为0.8345;墨脱县的达木乡、帮辛乡,林芝县的丹娘、里龙、扎西饶登乡,朗县的陇村,工布江达的江达乡位于极高易发区,发生滑坡概率极大,在这些地区应采取相应的地质灾害防治措施。 展开更多
关键词 梯度提升 xgboost LightGBM 机器学习 滑坡易发性
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利用XGBoost模型查明土地利用格局对行人交通事故严重程度的非线性影响 被引量:1
5
作者 刘琪琪 陈春 匡新晖 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第3期1253-1261,共9页
土地利用与交通安全是城市地理和交通运输领域共同关注的热点,但目前关于土地利用对行人交通事故的影响研究多纳入建成环境统一框架,并多采用土地利用混合度或土地利用类型占比来衡量,缺乏对土地利用类型的细化研究,难以有效指导设计实... 土地利用与交通安全是城市地理和交通运输领域共同关注的热点,但目前关于土地利用对行人交通事故的影响研究多纳入建成环境统一框架,并多采用土地利用混合度或土地利用类型占比来衡量,缺乏对土地利用类型的细化研究,难以有效指导设计实践。以重庆市渝中区为例,基于兴趣点(point of interest,POI)数据对土地利用类型进行精细刻画,应用极致梯度提升树(extreme gradient boosting,XGBoost)模型,探究土地利用类型以及行人、道路条件、道路环境等对行人交通事故严重程度影响的非线性关系。研究发现:①土地利用类型对行人交通事故严重程度有重要作用,其中影响较大的分别是医院、住宅和教育用地,事故点缓冲区300 m内存在医院、居民小区以及教育用地对行人交通事故严重程度有降低作用;②弯道和弯坡道的道路线形处是严重行人交通事故的高发区;路段进出口处、窄路等路口路段处对行人交通事故严重程度有降低作用。研究结论可为精细化的土地利用规划与治理以降低行人交通事故严重程度提供一定的政策启示。 展开更多
关键词 土地利用 建成环境 极致梯度提升决策树(xgboost) 交通安全
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基于IRMO-XGBoost的地表沉陷预计模型研究
6
作者 王军胜 王宏涛 +4 位作者 张文 白宇 金亮星 高志勇 刘娉婷 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第9期3504-3513,共10页
煤矿地表沉陷严重威胁矿区生态环境及周边基础设施安全,因此精准预计地表沉陷意义重大。但地表沉陷的预计复杂,概率积分法预计地表沉陷准确性较低。提出了一种基于改进的径向移动(Improved Radial Movement Optimization,IRMO)算法优化... 煤矿地表沉陷严重威胁矿区生态环境及周边基础设施安全,因此精准预计地表沉陷意义重大。但地表沉陷的预计复杂,概率积分法预计地表沉陷准确性较低。提出了一种基于改进的径向移动(Improved Radial Movement Optimization,IRMO)算法优化极致梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)算法的地表沉陷预计模型,通过IRMO算法选择XGBoost算法中的学习率、正则化等超参数的最优值,提高了地表沉陷预计精度,并与遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化的XGBoost算法、XGBoost算法的预测结果进行了对比分析,IRMO-XGBoost模型的均方根误差R_(MSE)(0.156)和平均绝对误差M_(AE)(0.126)更低,决定系数R^(2)(0.970)更高。运用IRMO-XGBoost模型对建北煤矿4^(-2)煤305工作面的地表沉陷值进行了预测,结果表明,IRMO-XGBoost模型预测精度明显优于XGBoost算法。最后用Shapley解释(SHapley Additive exPlanations,SHAP)方法量化模型的输入特征对地表沉陷预测的贡献。基于IRMO-XGBoost构建的地表沉陷预计模型精度高,可以极大地帮助矿区掌握地表沉陷对地表环境的破坏程度,为矿区生态环境的保护管理和安全生产措施的制定提供超前预测。 展开更多
关键词 安全工程 地表沉陷预计 改进的径向移动算法 极致梯度提升算法 概率积分法
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融合XGBoost与Transformer的飞行员操纵风险预警方法
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作者 王文超 何健 +1 位作者 汪磊 张航宾 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第9期121-128,共8页
为强化飞行过程中的风险管理机制,提出一种融合飞行大数据的飞行员操纵风险性预警方法。首先,从快速存取记录仪(QAR)数据中筛选与不稳定进近相关的核心参数,并利用梯度提升决策树(XGBoost)算法进行特征优化,确定关键风险预警指标。然后... 为强化飞行过程中的风险管理机制,提出一种融合飞行大数据的飞行员操纵风险性预警方法。首先,从快速存取记录仪(QAR)数据中筛选与不稳定进近相关的核心参数,并利用梯度提升决策树(XGBoost)算法进行特征优化,确定关键风险预警指标。然后,融合Transformer网络的注意力机制,构建有效捕捉时空依赖性的动态风险识别架构。最后,以山东某航空公司B737-800型机的航班数据为例,验证方法性能。结果表明:该方法能够有效预测飞行中的风险事件,尤其在降落前的关键时刻,方法可提供高精度的风险预警。与传统预警方法相比,该方法在识别精度、方法泛化性以及特征提取效能方面表现出显著优势。 展开更多
关键词 飞行员 风险预警 极限梯度提升(xgboost) TRANSFORMER 快速存取记录仪(QAR)
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基于WGAN-XGBoost的ADS-B异常数据检测模型
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作者 李怀谦 陈雨昊 +1 位作者 付宇翔 沈嘉意 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第8期188-195,共8页
为保障航空运行安全、提升空域管理效率并增强系统对欺骗与干扰的防御能力,提出一种融合Wasserstein生成对抗网络(WGAN)和极限梯度提升(XGBoost)算法的异常数据检测模型。首先,通过WGAN学习预处理后ADS-B数据的内在分布特征,生成异常数... 为保障航空运行安全、提升空域管理效率并增强系统对欺骗与干扰的防御能力,提出一种融合Wasserstein生成对抗网络(WGAN)和极限梯度提升(XGBoost)算法的异常数据检测模型。首先,通过WGAN学习预处理后ADS-B数据的内在分布特征,生成异常数据,将其与原始数据融合作为训练数据集;其次,基于XGBoost算法训练混合数据集,构建异常分类检测器;最后,通过试验与朴素贝叶斯、逻辑回归、感知机等基准模型开展性能对比。结果表明:与其他机器学习异常数据检测器相比,XGBoost异常数据检测器在准确率、精确率、召回率、F_(1)分数等6项指标上均表现更优,其中准确率和精确率均超过0.999;模型检测243792条数据的总耗时为2.0702 s,平均每条数据检测耗时0.0085 ms,在检测性能与时间成本间实现最优平衡,且经真实异常事件验证,具备良好的实用性与适用性。 展开更多
关键词 Wasserstein生成对抗网络(WGAN) 极限梯度提升(xgboost) 广播式自动相关监视(ADS-B) 异常数据检测 朴素贝叶斯
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基于XGBoost算法划痕损伤PVC-P土工膜力学性能预测
9
作者 张宪雷 刘建群 张文慧 《水电能源科学》 北大核心 2025年第5期111-115,共5页
面膜堆石坝上游坝面膜防渗结构因施工操作不当或多孔隙介质垫层界面特性易造成PVC-P土工膜物理性划痕损伤,为判别划痕损伤PVC-P土工膜能否满足工程安全运行要求,以划痕损伤PVC-P土工膜断裂强度/延伸率试验数据为依托,构建了基于极端梯... 面膜堆石坝上游坝面膜防渗结构因施工操作不当或多孔隙介质垫层界面特性易造成PVC-P土工膜物理性划痕损伤,为判别划痕损伤PVC-P土工膜能否满足工程安全运行要求,以划痕损伤PVC-P土工膜断裂强度/延伸率试验数据为依托,构建了基于极端梯度提升(XGBoost)算法的预测模型,将该模型预测结果与随机森林(RF)算法预测结果进行比较,选用平均绝对误差(M MAE)、平均绝对百分比误差(M_(MAPE))、均方根误差(R_(RMSE))和决定系数(R^(2))作为评价指标评估了预测精度,并运用SHAP算法获得影响作用较大的划痕损伤阈值。结果表明,基于XGBoost算法的预测模型预测精度更高,SHAP法能够合理解释模型的预测结果,划痕角度是影响损伤后力学性能的主要因素。研究结果为工程技术人员准确预判划痕损伤PVC-P土工膜力学性能提供了参考。 展开更多
关键词 极端梯度提升树(xgboost)算法 随机森林(RF)算法 力学性能预测 PVC-P土工膜 断裂强度 断裂延伸率
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基于HEOA-XGBoost组合模型的边坡稳定性预测
10
作者 祁云 白晨浩 +3 位作者 秦凯 段宏飞 李绪萍 汪伟 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第9期137-144,共8页
为预防边坡失稳安全事故发生,针对边坡失稳的不确定性及影响因素的复杂性等问题,提出一种基于人类进化优化算法(HEOA)优化极端梯度提升(XGBoost)的组合模型,以预测边坡稳定性。首先分析影响边坡失稳的主控因素,选取边坡岩体的6项影响因... 为预防边坡失稳安全事故发生,针对边坡失稳的不确定性及影响因素的复杂性等问题,提出一种基于人类进化优化算法(HEOA)优化极端梯度提升(XGBoost)的组合模型,以预测边坡稳定性。首先分析影响边坡失稳的主控因素,选取边坡岩体的6项影响因素建立边坡稳定性预测指标体系;其次利用极差标准化统一样本量纲,并采用合成少数类过采样技术(SMOTE)平衡样本等级分布;然后通过HEOA优化XGBoost模型的最大深度、学习率、子样本比例、列样本比例和最小损失;最后利用准确率、精确率、召回率、F_(1)分数和科恩卡帕系数综合评价所建模型的预测结果,并将该模型应用于具体工程实例。结果表明:经HEOA优化后XGBoost模型的最大深度、学习率、子样本比例、列样本比例和最小损失分别为6、0.5838、0.4615、0.5846和0.0244时效果凸显;HEOA-XGBoost组合模型预测边坡稳定性状态相比于其他智能算法优化的XGBoost模型和单一XGBoost模型,其各评价指标均有所提升,表明该模型预测边坡稳定性状态具有较高的精准度和泛化性。 展开更多
关键词 边坡稳定性 人类进化优化算法(HEOA) 极端梯度提升(xgboost) 极差标准化 合成少数类过采样技术(SMOTE)
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采用极限梯度提升算法的电力系统电压稳定裕度预测 被引量:9
11
作者 王慧芳 张晨宇 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期606-613,共8页
将极限梯度提升树(XGBoost)算法应用于电力系统电压稳定评估问题.根据电压稳定问题特点,提出能够反映电力系统运行状态的特征集;把电压稳定裕度绝对值作为映射目标,并介绍生成样本集的方法.在介绍XGBoost算法基本原理的基础上,研究该算... 将极限梯度提升树(XGBoost)算法应用于电力系统电压稳定评估问题.根据电压稳定问题特点,提出能够反映电力系统运行状态的特征集;把电压稳定裕度绝对值作为映射目标,并介绍生成样本集的方法.在介绍XGBoost算法基本原理的基础上,研究该算法的技术细节.在IEEE-39节点系统上进行验证,结果表明,XGBoost算法在R方值和平均绝对百分误差2项回归指标上均优于其他几类机器学习算法,且模型的计算速度最快,可以满足在线应用要求.同时,XGBoost算法具有良好的数值错误和数值缺失容错性,并可以针对预测偏差较大的样本进行数据补充,实现模型的更新,使得模型表现趋于稳定. 展开更多
关键词 电力系统 电压稳定性 机器学习 人工智能 极限梯度提升树(xgboost)算法
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基于Nadam-TimeGAN和XGBoost的时序信号故障诊断方法 被引量:5
12
作者 黑新宏 高苗 +3 位作者 张宽 费蓉 邱原 姬文江 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期185-200,共16页
为了提高故障诊断模型在数据不平衡场景下的诊断性能和模型泛化能力,提出了一种基于Nadam-TimeGAN和XGBoost的时序信号故障诊断方法。首先对比基于LSTM和GRU的TimeGAN模型,选取性能更优的GRU网络作为TimeGAN模型的组成单元,然后采用Nada... 为了提高故障诊断模型在数据不平衡场景下的诊断性能和模型泛化能力,提出了一种基于Nadam-TimeGAN和XGBoost的时序信号故障诊断方法。首先对比基于LSTM和GRU的TimeGAN模型,选取性能更优的GRU网络作为TimeGAN模型的组成单元,然后采用Nadam优化算法对TimeGAN模型的各组件进行优化,即构建Nadam-TimeGAN模型用以数据扩充,最后构建一个平衡的数据集输入XGBoost集成学习模型进行分类训练。实验选取转辙机动作电流数据集进行验证性实验,选取MFPT轴承数据集和CWRU轴承数据集进行泛化性实验,并与8种方法进行对比,结果表明,所提方法在准确率、召回率以及F1-score这3种评价指标上均高于其他方法,从而验证了所提方法在不平衡数据故障诊断方面的有效性和泛化性。 展开更多
关键词 时间序列生成对抗网络 Nesterov加速自适应矩估计 极致梯度提升 故障诊断 数据增强
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基于模态分解及GRU-XGBoost短期电力负荷预测 被引量:13
13
作者 冉启武 张宇航 《电网与清洁能源》 CSCD 北大核心 2024年第4期18-27,34,共11页
精确的短期电力负荷预测能有效提高电力系统运营水平。针对电力负荷数据受多种因素影响,波动性和随机性强等问题,提出了一种基于模态分解及混合模型的负荷预测方法。首先,采用主成分分析法(principal component analysis,PCA)对负荷特... 精确的短期电力负荷预测能有效提高电力系统运营水平。针对电力负荷数据受多种因素影响,波动性和随机性强等问题,提出了一种基于模态分解及混合模型的负荷预测方法。首先,采用主成分分析法(principal component analysis,PCA)对负荷特征向量进行处理,去掉冗余信息,再用完全自适应噪声集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)将历史负荷分解为简化的几个子序列;其次,选择引入样本熵(sample entropy,SE)来计算子序列熵值,将相近的子序列重构得到随机、细节、低频和趋势分量后选用不同结构门控循环单元(gate recurrent unit,GRU)对不同分量类型进行预测,再使用极致梯度提升模型(extreme gradient boosting,XGBoost)对各分量残差进行拟合,各重组序列的预测值为GRU预测值与XBGoost拟合值之和,重组各序列得到最终预测值。选取3年时电力负荷数据进行实验,结果表明,所提模型的均方根误差(root mean square error,RMSE)、平均绝对百分比误差(mean absolutepercentage error,MAPE)和平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为370.676 MW、99.07%和246.89 MW,与单一模型和混合模型相比,实现了评价指标的明显减少。 展开更多
关键词 负荷预测 主成分分析 CEEMDAN 样本熵 门控循环单元 极致梯度提升模型
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基于SC-XGBoost的电站燃煤低位发热量软测量方法 被引量:1
14
作者 乔世超 王轶男 +4 位作者 吕佳阳 陈衡 刘涛 徐钢 翟融融 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期332-340,共9页
随着国家大力推进能源供给侧结构性改革,新能源装机容量不断提升,电力市场竞争愈加激烈。另一方面,全球煤炭市场的复杂多变,导致以煤炭为能量来源的发电企业成本上涨。燃煤发热量是衡量煤质的重要评价标准之一,也是采购煤炭最重要的依据... 随着国家大力推进能源供给侧结构性改革,新能源装机容量不断提升,电力市场竞争愈加激烈。另一方面,全球煤炭市场的复杂多变,导致以煤炭为能量来源的发电企业成本上涨。燃煤发热量是衡量煤质的重要评价标准之一,也是采购煤炭最重要的依据,对燃煤发热量进行准确预测能够有效地控制电厂运行采购成本。为了实现燃煤发热量的高效预测,采用Pearson系数对相关变量进行特征选取,采用基于密度的噪点空间聚类(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN)算法对某电厂自备煤厂近2年1733条化验数据进行去噪,对去噪后数据进行谱聚类(Spectral Clustering,SC)分析。将分类后的子样本集采用极致梯度提升(Extreme Gradient Boosting,XGBoost)算法分别建立预测模型,并与最小二乘法回归(Ordinary Least Squares,OLS)、支持向量机(Support Vector Machines,SVM)模型进行性能比较。结果表明,基于XGBoost的电站燃煤发热量预测模型相较于其他算法准确性有明显提升,泛化能力更强。对经过SC算法分类后的燃煤分别建立预测模型能够进一步提高模型的精细化水平,为燃煤电站发热量预测提供一种可靠高效的方法。 展开更多
关键词 低位发热量 机器学习 谱聚类 极致梯度提升(xgboost) 软测量
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融合SHAP和TSO-XGBoost模型的水路货运量预测 被引量:1
15
作者 温泉 余玉欢 +1 位作者 庄尚德 牟军敏 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期86-96,共11页
水路货运量需求受诸多因素影响,长江干线中游“645”工程实施后,航道通航条件得到了明显改善,为了更好分析工程实施后货运量变化趋势,提出一种新的水路货运量预测模型。首先,采用二次插值法和KNN反距离权重插值法解决高维面板数据中时... 水路货运量需求受诸多因素影响,长江干线中游“645”工程实施后,航道通航条件得到了明显改善,为了更好分析工程实施后货运量变化趋势,提出一种新的水路货运量预测模型。首先,采用二次插值法和KNN反距离权重插值法解决高维面板数据中时间粒度不统一与缺失问题,利用层次聚类和SHAP值的可解释性综合筛选关键影响因素特征序列,降低预测模型输入数据的维度和规模,引入Halton低差异序列和准反射学习策略(QRBL)大幅提升金枪鱼群优化算法(TSO)的寻优效能,增强TSO算法对极限梯度提升(XGBoost)模型中决策树数量、决策树的深度、学习速率等决定模型拟合能力的超参组合寻优效果。结果表明,新模型预测精度显著优于对比模型,可更好地适用于多特征影响因素下的水路货运量预测研究。 展开更多
关键词 金枪鱼群优化算法(TSO) 极限梯度提升(xgboost) 水路货运量
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基于XGBoost的城市污水管道缺陷发生概率预测
16
作者 马辉 贺鹰霞 陈杨杨 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期163-171,共9页
为提高城市污水管道缺陷检测效率,减少地毯式检测带来的资源浪费,降低环境安全风险,利用极致梯度提升(XGBoost)模型预测城市污水管道缺陷发生概率。首先,统计分析污水管道缺陷成因,筛选出能够表征管道缺陷状况的关键性指标,作为XGBoost... 为提高城市污水管道缺陷检测效率,减少地毯式检测带来的资源浪费,降低环境安全风险,利用极致梯度提升(XGBoost)模型预测城市污水管道缺陷发生概率。首先,统计分析污水管道缺陷成因,筛选出能够表征管道缺陷状况的关键性指标,作为XGBoost模型的输入;其次,选择合适的目标函数和基学习器参数,利用网格搜索算法寻优基学习器的关键参数,完成模型训练和优化;最后,以广东省中山市某区域污水管网数据为例,验证XGBoost模型的有效性,根据模型输出寻找影响缺陷发生的主要因素和路径,并将区域内污水管网的缺陷发生概率划分出4个不同等级后进行可视化展示。结果表明:XGBoost模型在10折交叉验证下的曲线下面积(AUC)均值达到0.97,模型的预测准确率为93%;管道埋深、坡度和长度3个特征对管道缺陷发生概率变化的影响程度最高;当管长增加,坡度越大、埋深越浅,污水管道发生缺陷的概率会随之增长。 展开更多
关键词 极致梯度提升(xgboost) 城市污水管道 缺陷发生概率 决策树 预测模型
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基于ISSA-XGBoost的毕赤酵母菌发酵软测量
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作者 沈瑶 张立刚 王建扬 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第8期122-125,共4页
针对毕赤酵母菌发酵过程菌体浓度难以在线检测,离线测量又存在极易染菌导致数据集不完整等问题,提出了一种基于改进麻雀搜索算法(ISSA)优化极致梯度提升(XGBoost)的软测量建模方法。首先,利用主成分分析(PCA)算法对样本数据进行主元分析... 针对毕赤酵母菌发酵过程菌体浓度难以在线检测,离线测量又存在极易染菌导致数据集不完整等问题,提出了一种基于改进麻雀搜索算法(ISSA)优化极致梯度提升(XGBoost)的软测量建模方法。首先,利用主成分分析(PCA)算法对样本数据进行主元分析,降低噪声和冗余度;然后,在标准麻雀算法(SSA)中引入自适应超参数和混合变异策略,增强了算法跳出局部极值和全局搜索的能力;最后,构建菌体浓度的ISSA-XGBoost软测量模型,并与XGBoost、SSA-XGBoost模型进行比较。仿真实验结果表明:ISSA-XGBoost模型的均方根误差(RMSE)、平均相对误差(MRE)均比XGBoost、SSA-XGBoost模型低,且ISSA-XGBoost的决定系数(R^(2))更接近于1,说明预测精度明显优于改进前,能够满足对毕赤酵母菌发酵过程菌体浓度的实时测量。 展开更多
关键词 毕赤酵母 麻雀算法 极致梯度提升 软测量模型
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基于IDBO-XGBoost的铁路隧道岩爆烈度等级预测方法与应用
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作者 李时宜 《铁道建筑》 北大核心 2024年第11期118-123,共6页
为减少铁路隧道施工过程中岩爆事故的发生,在施工前做好岩爆烈度等级预测,提出了改进蜣螂优化算法(Improved Dung Beetle Optimizer,IDBO)与极限梯度提升树(Extreme Gradient Boosting,XGBoost)相结合的铁路隧道岩爆烈度等级预测模型。... 为减少铁路隧道施工过程中岩爆事故的发生,在施工前做好岩爆烈度等级预测,提出了改进蜣螂优化算法(Improved Dung Beetle Optimizer,IDBO)与极限梯度提升树(Extreme Gradient Boosting,XGBoost)相结合的铁路隧道岩爆烈度等级预测模型。首先,依据岩爆成因及特点,综合选取围岩切向应力(σθ)等四个特征因素作为预测岩爆烈度等级的主控因素,建立岩爆烈度等级预测数据集;其次,引入Sine混沌映射、黄金正弦策略(Golden Sine Strategy,SA)、自适应高斯-柯西变异扰动策略以及贪婪选择策略并进行改进,以提高其全局搜索能力和稳定性;而后利用IDBO优化XGBoost中的超参数提升其预测精度,同时避免XGBoost出现“过拟合”现象;最后,将其结果与DBO-XGBoost、粒子群算法优化反向传播神经网络模型(Particle Swarm-Optimization Back Propagation Neural Network,PSO-BPNN)和遗传算法优化支持向量机模型(Genetic Algorithm Support-Vector Machine,GA-SVM)的结果进行对比。结果表明:IDBO-XGBoost模型准确率最高,相较于其他三种模型在测试样本中的准确率分别提高了8.69%、17.39%、8.69%;IDBO-XGBoost模型在处理岩爆问题上能更好地捕捉岩爆等级与指标之间的联系,可为实际工程的岩爆预测提供科学依据。 展开更多
关键词 铁路隧道 岩爆烈度 预测 蜣螂优化算法(DBO) 极限梯度提升树(xgboost)
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考虑光伏度电成本的配电网数据-知识驱动优化调控策略
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作者 张波 张永康 +1 位作者 孙英钧 贾焦心 《电力系统自动化》 北大核心 2025年第18期74-82,共9页
光伏电源深度参与配电网优化调控可促进新能源配电网安全稳定运行,但势必会降低光伏电源的寿命损伤,同时增加优化模型的求解复杂度。为此,文中基于数据-知识驱动架构,提出考虑光伏度电成本的配电网数据-知识驱动优化调控策略。首先,分... 光伏电源深度参与配电网优化调控可促进新能源配电网安全稳定运行,但势必会降低光伏电源的寿命损伤,同时增加优化模型的求解复杂度。为此,文中基于数据-知识驱动架构,提出考虑光伏度电成本的配电网数据-知识驱动优化调控策略。首先,分析光伏电源提供无功支撑对光伏度电成本的影响,建立考虑光伏度电成本的配电网优化最优决策知识模型,获取配电网优化调控最优决策知识。然后,将配电网优化调控最优决策知识嵌入数据驱动的配电网极端梯度提升(XGBoost)优化调控模型,通过数据-知识驱动方法挖掘配电网状态信息与光伏最优决策之间的非线性映射关系,并利用贝叶斯算法完成XGBoost模型超参数的自适应优化。最后,利用PG&E 69节点典型配电系统验证所提策略的有效性。 展开更多
关键词 配电网 优化调控 数据-知识驱动 光伏 度电成本 极端梯度提升(xgboost)模型
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基于多模型Stacking融合的基坑测斜时序预测
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作者 胡比澜 王洋洋 张永强 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第4期706-716,共11页
为了准确预测基坑倾斜变形,提出基于极致梯度提升(XGBoost)、长短期记忆(LSTM)和线性回归(LR)的堆叠多变量预测模型.利用XGBoost集成学习的优越性和双层LSTM算法预测传统基坑变形的准确度,提升模型的预测精度和泛化能力.在数据预处理阶... 为了准确预测基坑倾斜变形,提出基于极致梯度提升(XGBoost)、长短期记忆(LSTM)和线性回归(LR)的堆叠多变量预测模型.利用XGBoost集成学习的优越性和双层LSTM算法预测传统基坑变形的准确度,提升模型的预测精度和泛化能力.在数据预处理阶段,引入K最近邻(KNN)插补算法增加可有效利用的数据总量,使用深度学习模型Informer的时间信息处理方式,改善传统算法中有监督学习忽略时间序列数据不同时间间隔的问题.以杭州某在建基坑为工程案例,插补616条缺失数据,将时间信息转为3列时间点特征信息,使用所提模型进行基坑变形预测分析.已有实测数据验证表明,所提模型在预测基坑最大测斜位移及该位移点处深度时的训练精度和泛化能力相比双层LSTM模型及XGBoost模型均有较大提升,使用时间点特征的XGBoost模型比LSTM模型更适合预测对时间因素敏感的指标. 展开更多
关键词 时间序列分析 基坑测斜 双层LSTM 极致梯度提升(xgboost) 堆叠算法
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