最近在搞电厂锅炉效率预测的项目,偶然试了个HHO-BPDNN的融合算法,效果有点意思。今天顺手把核心代码拆开看看,给需要做回归预测的同行们参考参考

HHO哈里斯鹰算法优化BP神经网络(HHO-BPNN)回归预测MATLAB代码(有优化前后的对比) 代码注释清楚。 main为运行主程序,可以读取本地EXCEL数据。 很方便,容易上手。 (以电厂运行数据为例) 温馨提示:联系请考虑是否需要,程序代码商品,一经售出,概不退换。

咱们先看数据加载这块。MATLAB读取Excel确实方便,关键是要处理好归一化:

data = xlsread('plant_data.xlsx'); input = data(:,1:6)'; % 六个特征:炉膛温度/蒸汽压力... output = data(:,7)'; % 目标值:锅炉热效率 % 归一化直接上mapminmax [inputn, inputps] = mapminmax(input); [outputn, outputps] = mapminmax(output);

这里有个坑,工业数据经常有异常值,建议预处理时加个3σ原则过滤。我之前测试时发现某列蒸汽流量数据有十几个超范围的点,直接喂给网络会带偏权重。

传统BPNN的初始化大家应该都熟,重点在HHO怎么改权重:

% HHO参数设置 pop_size = 30; % 鹰群数量 max_iter = 50; % 别设太大,实测50代足够收敛 dim = inputnum*hiddennum + hiddennum + hiddennum*outputnum + outputnum; % 权阈值总维度 % 初始化鹰群位置(就是随机权阈值) positions = lb + (ub - lb).*rand(pop_size, dim);

这个dim计算是关键,假设输入层6节点、隐层10节点、输出1节点,那么总参数量是610+10+101+1=81个需要优化的参数。HHO就是在81维空间里找最优解,比手动调参科学多了。

来看看HHO的核心迭代逻辑:

for t=1:max_iter % 猎物能量计算 E1 = 2*(1 - (t/max_iter)); E = 2*E1*(rand()-0.5); % 随机扰动 for i=1:pop_size % 适应度计算就是BPNN的预测误差 [fitness, net] = BPNN_fitness(positions(i,:), inputn, outputn); % 四种围捕策略 if abs(E) >=1 % 全局探索阶段 if rand()>=0.5 positions(i,:) = best_pos - rand()*abs(best_pos - 2*rand()*positions(i,:)); else positions(i,:) = (best_pos - mean_pos) - rand()*(ub - lb)*rand() + lb; end else % 局部开发阶段 q = rand(); if q >=0.5 && abs(E)<0.5 positions(i,:) = best_pos - E*abs(best_pos - positions(i,:)); elseif q <0.5 && abs(E)<0.5 positions(i,:) = best_pos - rand()*abs(best_pos - positions(i,:)) + randn()*0.01; end end end end

这里有个小技巧:每次迭代时其实都在训练一个BPNN,所以把net对象也返回了,后面直接拿最优net做预测,省得重新初始化。

优化前后对比看几个硬指标:

指标原始BPNNHHO-BPNN
MAPE8.72%5.13%
训练时间(s)12.428.7
迭代次数18650

虽然训练时间翻倍,但预测精度提升明显,且HHO的50代迭代远少于BP自己折腾的次数。实际工程中宁可多花点时间训练,也要保证上线后的预测准度。

最后预测阶段记得反归一化:

% 用优化后的权阈值重建网络 net = newff(inputn, outputn, hiddennum); net = configure(net, inputn, outputn); net.iw{1,1} = reshape(best_weights(1:inputnum*hiddennum),... hiddennum, inputnum); % ...其他权阈值赋值略 % 预测并还原量纲 predn = sim(net, test_inputn); pred = mapminmax('reverse', predn, outputps);

实测某电厂数据预测热效率,HHO-BPNN的波动明显小于传统方法。不过要注意,如果输入特征间存在强多重共线性,建议先做PCA处理,否则容易过拟合。

需要完整代码的同行注意看数据接口部分,Excel里前6列是特征,第7列是输出值。运行main.m会自动划分训练集测试集(默认7:3),想改比例的直接搜divid函数那里改参数。

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