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一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法

文檔序號(hào):40597081發(fā)布日期:2025-01-07 20:37閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法,其特征在于,包括以下步驟;

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法,其特征在于,步驟s1中流域出口水文站控制的上游流域雨量站、水文站的預(yù)報(bào)影響因子數(shù)據(jù)主要包括降雨、蒸發(fā)、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫和上游水文站流量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法,其特征在于,步驟s2中,基于稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)稀疏訓(xùn)練策略是在訓(xùn)練過程中優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的稀疏連接性而無需使用密集的網(wǎng)絡(luò)矩陣,動(dòng)態(tài)稀疏訓(xùn)練策略首先初始化一個(gè)完整的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),隨后對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)的稀疏化,即創(chuàng)建一個(gè)隨機(jī)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并在訓(xùn)練過程中,通過去除低重要性的神經(jīng)元連接來保持網(wǎng)絡(luò)的稀疏性,同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法,其特征在于,步驟s2中,采用神經(jīng)元?dú)w因方法進(jìn)行特征選擇時(shí),需要基于輸出神經(jīng)元的歸因來計(jì)算輸入神經(jīng)元的重要性,其中,第一層的每個(gè)輸入神經(jīng)元即對(duì)應(yīng)每個(gè)輸入神經(jīng)元的重要性分?jǐn)?shù)如式1所示:

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法,其特征在于,步驟s3中構(gòu)建融合量子核函數(shù)的量子增強(qiáng)徑流預(yù)測(cè)模型時(shí),采用的模型是高斯過程回歸預(yù)測(cè)模型,其通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,來建立服從高斯過程先驗(yàn)信息的非參數(shù)模型,假設(shè)一個(gè)含有n對(duì)相互獨(dú)立觀測(cè)數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)樣本,是由n個(gè)輸入向量組成的輸入集,是由n個(gè)相對(duì)應(yīng)的一維輸出組成的輸出集,則高斯過程均值和方差表示為式2和式3:

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法,其特征在于,步驟s3中基于高斯過程回歸預(yù)測(cè)模型構(gòu)建徑流預(yù)測(cè)模型時(shí),使用瞬時(shí)量子多項(xiàng)式時(shí)間特征圖將原始經(jīng)典時(shí)間序列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為量子態(tài)特征信息,表示原始時(shí)間序列中第i個(gè)特征的時(shí)間序列數(shù)據(jù)集,表示基于稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最終確定的特征數(shù)量,表示原始時(shí)間序列中第個(gè)特征的時(shí)間序列數(shù)據(jù)集,該過程表示為式4:

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法,其特征在于,步驟s3中將原始經(jīng)典時(shí)間序列數(shù)據(jù)x映射為量子態(tài)特征信息后,通過計(jì)算任意兩個(gè)量子態(tài)特征信息和的保真度來量化對(duì)應(yīng)序列x和之間的相似度,保真度計(jì)算公式表示為式5;

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法,其特征在于,步驟s3中進(jìn)行高斯過程回歸預(yù)測(cè)模型超參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整時(shí),優(yōu)化算法采用貝葉斯優(yōu)化方法,設(shè)定需要進(jìn)行優(yōu)化的參數(shù)為,包括高斯過程gp的平均常數(shù)m、噪聲方差和帶寬,參數(shù)來自于指定的參數(shù)空間,用于進(jìn)行優(yōu)化函數(shù),優(yōu)化目標(biāo)為尋找最佳的參數(shù),使得當(dāng)參數(shù)取值為時(shí),最大,此時(shí)優(yōu)化后的最佳參數(shù)表示為式6;

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法,其特征在于,步驟s4中在測(cè)試集上采用融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)模型進(jìn)行徑流預(yù)測(cè)后,模型的徑流確定性點(diǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇平均絕對(duì)百分比誤差mape計(jì)算,mape表示為式7;


技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)方法,其步驟為:收集流域出口水文站逐日流量數(shù)據(jù)作為預(yù)報(bào)變量,同時(shí)收集預(yù)報(bào)變量影響因子數(shù)據(jù),并劃分訓(xùn)練集和測(cè)試集。基于稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),采用神經(jīng)元?dú)w因方法進(jìn)行特征選擇。構(gòu)建基于量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)模型,并在訓(xùn)練集上進(jìn)行模型訓(xùn)練及參數(shù)優(yōu)化。在測(cè)試集上采用融合稀疏神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子核函數(shù)的徑流預(yù)測(cè)模型進(jìn)行流域出口水文站的徑流預(yù)測(cè),并選取評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)估其徑流預(yù)測(cè)效果。本發(fā)明方法能夠高效選擇特征,顯著減少內(nèi)存和計(jì)算成本。并基于量子計(jì)算提供的潛在加速實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)的徑流預(yù)測(cè),同時(shí)量化預(yù)測(cè)不確定性,基于貝葉斯方法優(yōu)化參數(shù),避免了梯度下降優(yōu)化算法的繁瑣性和高計(jì)算成本。

技術(shù)研發(fā)人員:李港,彭寧彥,鄭勇,鄢笑宇,李艷紅,溫天福,張靜文,劉鑫,劉章君
受保護(hù)的技術(shù)使用者:江西省水利科學(xué)院(江西省大壩安全管理中心、江西省水資源管理中心)
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2025/1/6
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