论文中文题名: | 基于 IP 机制的回声状态网络优化 及应用研究 |
姓名: | |
学号: | 20208223036 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085400 |
学科名称: | 工学 - 电子信息 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2023 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 智能信息处理 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2023-06-14 |
论文答辩日期: | 2023-06-05 |
论文外文题名: | Echo-state network based on the IP mechanism optimization and application research |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Echo state network ; Intrinsic plasticity ; L1 regularization ; Deviation linear ; Gas concentration prediction |
论文中文摘要: |
本文针对回声状态网络不稳定特性以及最优储备池结构设计的难题,提出了 L1 正 则化的内在可塑性回声状态网络,解决了回声状态网络不稳定和储备池规模难以和具体 任务相匹配的问题,然后提出了线性偏离,并使用线性偏离对 L1 正则化求解输出权值 进行优化,最后对瓦斯浓度预测过程进行应用。本文主要研究内容如下: 首先,针对回声状态网络储备池不稳定以及网络规模难以和具体任务相匹配的问题, 提出一种基于 L1 正则化的内在可塑性回声状态网络优化方法。通过神经元内在可塑性 实现储备池神经元激活函数的调节,使网络更加稳定健壮,然后使用 L1 范数正则化求解输出权值,利用 L1 正则化的选择功能控制储备池规模大小,避免模型出现过拟合。 通过 Mackey-Glass 和 Lorenz 动力系统预测实验表明,本文所提的 L1 正则化的内在可塑 性网络在保证网络稳定的前提下,不仅克服了网络规模过大或过小导致网络模型过拟合 或欠拟合的缺陷,而且提高了模型求解的数值稳定性以及控制了网络的复杂程度。 其次,针对 L1 正则化的内在可塑性回声状态网络模型训练时间长以及回声状态网 络储备池机理不明确的问题,提出一种基于线性偏离和 L1 正则化的内在可塑性回声状 态网络。该网络提出了线性偏离的概念,用来度量储备池和神经元的非线性程度,使用 储备池线性偏离给内在可塑性回声状态网络使储层稳健提供合理性解释,并使用神经元 线性偏离筛选神经元节点对 L1 正则化求解网络输出权值进行优化,以此提高模型训练 速度。在混沌数据集以及瓦斯浓度数据集中的实验结果表明,本文所提出的方法不仅提 高了回声状态网络的稳定性和预测能力,还能够有效的缩短模型训练时间,且本文提出 的线性偏离对储备池理论研究可以提供帮助。 最后,在基于线性偏离和 L1 正则化的内在可塑性回声状态网络算法研究的基础上, 设计并实现了一套基于 Browser/Server 架构的瓦斯浓度预测管理系统,主要实现了瓦斯 浓度和风险等级的判断功能,并对结果实现可视化界面展示,具有重要的实用价值。 |
论文外文摘要: |
In this paper, aiming at the unstable characteristics of the echo state network and the difficulty of designing the optimal reserve pool structure, the intrinsic plasticity of the L1 regularization echo state network is proposed to solve the problems of the instability of the echo state network and the difficulty of matching the size of the reserve pool with specific tasks. Then, the deviation linear is proposed, and the deviation linear is used to optimize the output weight of L1 regularization solution. Finally, the prediction process of gas concentration is applied. The main research contents of this paper are as follows: Firstly, aiming at the instability of the echo state network reservoir and the difficulty of matching the network scale with the specific task, an intrinsic plastic echo state network optimization method based on L1 regularization was proposed. The activation function of the reservoir neurons is adjusted through the intrinsic plasticity of neurons, so that the network is more stable and robust. Then L1 norm regularization is used to solve the output weights, and the selection function of L1 regularization is used to control the size of the reservoir to avoid overfitting of the model. The Mackey-Glass and Lorenz dynamic system prediction experiments show that the proposed L1 regularized intrinsic plastic network not only overcomes the defects of overfitting or underfitting of the network model caused by too large or too small network scale, but also ensures the stability of the network. Moreover, it improves the numerical stability of the model solution and controls the complexity of the network. Secondly, aiming at the problems of long training time and unclear mechanism of echo state network reserve pool of L1 regularization, an intrinsic plasticity echo state network based on deviation linear and L1 regularization was proposed. The concept of deviation linear is proposed to measure the degree of nonlinearity of the reserve pool and neurons. The deviation linear of the reserve pool is used to provide a rational explanation for the intrinsic plasticity echo state network to make the reservoir robust, and the deviation linear of neurons is used to screen neuron nodes to optimize the output weight of the L1 regularization solution network, so as to improve the model training speed. The experimental results in chaotic data sets and gas concentration data sets show that the proposed method not only improves the stability and prediction ability of echo state network, but also effectively reduces the training time of the model. Moreover, the linear deviation proposed in this paper can provide help for the theoretical research of reserve pool. Finally, on the basis of the research of intrinsic plasticity echo state network algorithm based on linear deviation and L1 regularization, a set of gas concentration prediction management system based on Browser/Server architecture is designed and implemented, which mainly realizes the judgment function of gas concentration and risk level, and realizes the visual interface display of results, which has important practical value. |
参考文献: |
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中图分类号: | TP183 |
开放日期: | 2023-06-14 |