【目的】为了解决滑坡易发性评价模型中最优超参数组合难以确定的问题。【方法】本文引入一种蜘蛛蜂优化算法用于寻找机器学习模型的最优超参数组合,通过蜘蛛蜂优化算法(Spider Wasp Optimizer,SWO)对随机森林(Random Forest,RF)、轻量...【目的】为了解决滑坡易发性评价模型中最优超参数组合难以确定的问题。【方法】本文引入一种蜘蛛蜂优化算法用于寻找机器学习模型的最优超参数组合,通过蜘蛛蜂优化算法(Spider Wasp Optimizer,SWO)对随机森林(Random Forest,RF)、轻量的梯度提升机(Light Gradient Boosting Machine,LightGBM)、CatBoost(Categorical Boosting)模型进行超参数优化,得到模型最优超参数组合值,进而构建滑坡易发性评价模型。在此基础上,将SWO优化后的上述机器学习模型,采用Stacking集成方法进行模型组合。对比各模型评价结果,筛选得到最优滑坡易发性模型,并采用SHAP(SHapley Additive exPlanations)算法对最优模型评价结果进行可解释性分析。【结果】本文以黑龙江省亚雪公路沿线边坡为例,采用SWO优化算法对上述机器学习模型超参数组合寻优后,SWO-LightGBM、SWO-CatBoost和SWO-RF分别较优化前的模型AUC(Area Under the Curve)值提高2.4%、1.6%、2.2%,这表明SWO算法有效增强了机器学习模型整体性能,即滑坡易发性预测精度。其SWO-LightGBM模型表现最优,其AUC值达到0.939。4个Stacking模型评价结果AUC值在0.924~0.935之间,均低于SWO-LightGBM模型结果。最后,对SWO-LightGBM模型进行可解释性分析可知,坡度、距道路距离、年平均降雨量、距河流距离对滑坡易发性的贡献较大。【结论】本研究通过蜘蛛蜂优化算法寻找最优超参数组合,使模型的预测精度和结果准确性得到了有效提升。展开更多
目的自人类文明诞生以来,与病毒的斗争便从未停止,因此传染病数据预测具有重要参考价值,提出一种新算法以解决灰狼算法易陷入局部最优解和全局搜索能力不足的问题。方法通过Halton序列搜索算法初始化狼群位置,避免灰狼算法陷入局部最优...目的自人类文明诞生以来,与病毒的斗争便从未停止,因此传染病数据预测具有重要参考价值,提出一种新算法以解决灰狼算法易陷入局部最优解和全局搜索能力不足的问题。方法通过Halton序列搜索算法初始化狼群位置,避免灰狼算法陷入局部最优解和重复运算;引入Levy飞行和随机游动策略对灰狼算法的寻优过程进行优化,以增加算法的全局搜索能力;利用改进的灰狼算法优化6种机器学习模型的参数并进行预测;使用带约束的优化算法序贯最小二乘规划算法(SLSQP,Sequential Least Squares Programming)和灰狼优化算法(GWO,Grey Wolf Optimization Algorithm)得出各模型的最佳集成权重,采用3种评估函数对各模型以及混合模型的预测效果进行得分评估。结果改进的灰狼算法性能良好,在迭代测试中优于其他对比算法;利用改进灰狼算法优化的机器学习预测模型中,以优化梯度提升树模型预测效果最佳,相较于未进行优化模型的绝对平均值误差、均方根误差和拟合优度,预测精度提升了52%、52%和1%。结论基于灰狼优化算法加权后的机器学习模型加权混合得分出色,预测精度进一步得到提升,绝对平均值误差、均方根误差和拟合优度分别为0.07、0.24和0.99,对传染病感染人数的预测具有重要参考价值。展开更多
摘要【目的】为了解决滑坡易发性评价模型中最优超参数组合难以确定的问题。【方法】本文引入一种蜘蛛蜂优化算法用于寻找机器学习模型的最优超参数组合,通过蜘蛛蜂优化算法(Spider Wasp Optimizer,SWO)对随机森林(Random Forest,RF)、轻量的梯度提升机(Light Gradient Boosting Machine,LightGBM)、CatBoost(Categorical Boosting)模型进行超参数优化,得到模型最优超参数组合值,进而构建滑坡易发性评价模型。在此基础上,将SWO优化后的上述机器学习模型,采用Stacking集成方法进行模型组合。对比各模型评价结果,筛选得到最优滑坡易发性模型,并采用SHAP(SHapley Additive exPlanations)算法对最优模型评价结果进行可解释性分析。【结果】本文以黑龙江省亚雪公路沿线边坡为例,采用SWO优化算法对上述机器学习模型超参数组合寻优后,SWO-LightGBM、SWO-CatBoost和SWO-RF分别较优化前的模型AUC(Area Under the Curve)值提高2.4%、1.6%、2.2%,这表明SWO算法有效增强了机器学习模型整体性能,即滑坡易发性预测精度。其SWO-LightGBM模型表现最优,其AUC值达到0.939。4个Stacking模型评价结果AUC值在0.924~0.935之间,均低于SWO-LightGBM模型结果。最后,对SWO-LightGBM模型进行可解释性分析可知,坡度、距道路距离、年平均降雨量、距河流距离对滑坡易发性的贡献较大。【结论】本研究通过蜘蛛蜂优化算法寻找最优超参数组合,使模型的预测精度和结果准确性得到了有效提升。
摘要目的自人类文明诞生以来,与病毒的斗争便从未停止,因此传染病数据预测具有重要参考价值,提出一种新算法以解决灰狼算法易陷入局部最优解和全局搜索能力不足的问题。方法通过Halton序列搜索算法初始化狼群位置,避免灰狼算法陷入局部最优解和重复运算;引入Levy飞行和随机游动策略对灰狼算法的寻优过程进行优化,以增加算法的全局搜索能力;利用改进的灰狼算法优化6种机器学习模型的参数并进行预测;使用带约束的优化算法序贯最小二乘规划算法(SLSQP,Sequential Least Squares Programming)和灰狼优化算法(GWO,Grey Wolf Optimization Algorithm)得出各模型的最佳集成权重,采用3种评估函数对各模型以及混合模型的预测效果进行得分评估。结果改进的灰狼算法性能良好,在迭代测试中优于其他对比算法;利用改进灰狼算法优化的机器学习预测模型中,以优化梯度提升树模型预测效果最佳,相较于未进行优化模型的绝对平均值误差、均方根误差和拟合优度,预测精度提升了52%、52%和1%。结论基于灰狼优化算法加权后的机器学习模型加权混合得分出色,预测精度进一步得到提升,绝对平均值误差、均方根误差和拟合优度分别为0.07、0.24和0.99,对传染病感染人数的预测具有重要参考价值。