粒子群改进算法及在混合神经网络中的应用研究

【摘要】随着学科间的相互交叉、相互渗透和相互促进，研究者开始将各类智能优化算法应用于人工神经网络（ANN)训练。其中，粒子群优化（PSO)算法是一种经典的群智能算法，具有结构简单、参数较少、易于描述和实现、全局搜索能力较强等诸多优点，被广泛应用于复杂函数优化、多目标求解、模式识别等诸多领域。但标准的PSO算法也存在早熟收敛和局部搜索能力差等缺点，如应用在高维复杂问题优化时，种群在没有搜索到全局最优点时可能已聚集到某点停滞不动，形成早熟收敛，早熟收敛问题的出现并不能保证算法能收敛到全局极值点；同时，在搜索过程中的粒子在接近或进入最优点区域时收敛速度变得缓慢，即在粒子寻优后期的局部搜索能力较差。针对PSO算法的不足，尽管研究者们也提出了许多改进策略，使得算法性能和效率上都有所改善，但是研究精度更高、性能、效率和相关性更好和适应性更广的智能算法仍然是学术和工业界研究者的重要目标。本文为提高PSO算法的收敛速度和性能，提出了一种改进PSO算法并应用到ANN训练，得到混合神经网络模型，最后将模型应用于外贸出口预测。主要研究内容如下：(1)提出一种新颖的PSO改进算法。建立了一种基于自适应权值调整策略、混沌理论和模拟退火（SA)算法的PSO改进算法，简称CSAPSO-SA。CSAPSO-SA算法引入自适应权重调整策略以提高算法的收敛速度；通过混沌理论产生的混沌序列改进算法的学习因子，从而权衡算法的开发与探索能力，避免算法的早熟收敛问题；通过引入SA进行局部搜索，大大提高了PSO算法的局部搜索速度和收敛精度。最后通过对4个常用的多目标测试函数进行实例实验，并与传统的多目标求解算法NSGAII和多目标PSO算法进行性能比较。结果表明，CSAPSO-SA算法的收敛速度较快，求解精度较高，多样性较好。(2)提出一种混合神经网络模型（HANN)。将CSAPSO-SA算法和RBFANN结合得到混合神经网络模型，简称CSAPSO-SARBFANN，或HANN。CSAPSO-SARBFANN将CSAPSO-SA算法对RBFANN的函数中心及扩展常数、网络权值进行优化。模型将各算法的优势相互渗透与补充，从而提高HANN模型的执行性能。(3)建立了基于HANN的外贸出口预测模型。通过对浙江省和重庆市两个地区的外贸出口实例预测，说明了HANN预测外贸出口的可行性与可靠性。通过与经典的RBFANN和PSOANN的预测比较，结果表明HANN模型在预测精度和相关性上均明显较优。本文将PSO算法、SA算法、混沌理论、ANN等技术相结合，提出了一种高性能算法和一个HANN模型，为外贸出口预测提供了一种可行且高效的方法。同时，提出的CSAPSO-SA算法，也可供许多工业和研究的诸多领域借鉴和参考，有很好的应用前景。
【作者】武燕；
【导师】柳炳祥；
【作者基本信息】景德镇陶瓷学院，概率论与数理统计，2014，硕士
【关键词】粒子群；混合算法；模拟退火；人工神经网络；混沌自适应；外贸出口；

【参考文献】
[1]李海宗,陈磊.德国职业教育衔接模式对我国的启示[J].中国高教研究,2012,09:100-102+106.
[2]罗玉妮.老年社区户外交往空间环境设计策略研究[D].安徽建筑大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[3]康聪颖.无机材料的带隙与体积模量研究[D].大连理工大学,化学工程与技术,2013,硕士.
[4]史晋川,宋学印,朱希伟,叶建亮.再创体制新优势再造浙江新动力[J].浙江社会科学,2014,10:34-39+156.
[5]李景印,李娜,李昌家,郭玉凤.S/石墨烯复合材料的水热法制备及其电化学性能研究[J].河北科技大学学报,2013,06:530-534.
[6]焦士兴.安阳市水资源承载力研究[D].河南大学,自然地理学,2004,硕士.
[7]吕扬.单晶硅晶体特性的压痕仿真与试验研究[D].吉林大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[8]蒋富歌.内置倾斜板改善浮选柱分选性能研究[D].中国矿业大学,矿业工程,2014,硕士.
[9]尹长平.铁路信号智能电源系统分析与应用[J].中国铁路.2002(05)
[10]孙涛.哈牡铁路电气化改造方案研究[D].吉林大学,工业工程,2014,硕士.
[11]林红焱.家电销售管理信息系统的设计与开发[D].长春理工大学,企业管理,2004,硕士.
[12]丁佳.马克思主义生态观下的陕北民俗文化生态研究[D].西安工业大学,马克思主义中国化研究,2014,硕士.
[13]王琦,邓思旭,刘晶冰,汪浩.提高正极材料磷酸铁锂倍率性能的研究进展[J].化工进展,2011,12:2652-2657.
[14]宋薇.闵惠芬二胡演奏声腔化及其音乐教育思想研究[D].曲阜师范大学,艺术学,2013,硕士.
[15]王元华.低频行波磁场作用下结晶器内气泡分布与液面波动行为的物理模拟研究[D].东北大学,钢铁冶金,2011,硕士.
[16]王占全.基于地理信息系统空间数据挖掘若干关键技术的研究[D].浙江大学,2005.
[17]罗洁.金融发展、FDI技术溢出效应与经济增长[D].中北大学,技术经济及管理,2014,硕士.
[18]余虎,黄宇.递归流分类算法的研究与改进[J].计算机工程.
[19]邱学强.基于组态技术的变电站监控系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[20]罗秀娟.我国汽车行业上市公司竞争力评价分析[D].重庆大学,应用统计（专业学位）,2014,硕士.
[21]李越.表见代理理论及其司法实践问题研究[D].大连海事大学,法学,2013,硕士.
[22]曾秋霞,何艳秋.WebQuest教学模式在大学英语的实证研究[J].英语广场(学术研究),2014,11:102-103.
[23]宋琳琳.大肠杆菌表达型宿主中利用Duet兼容载体合成R-3-羟基丁酸[D].浙江大学,生物化工,2013,硕士.
[24]廖传瑞.自来水定价问题研究[D].郑州大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[25]王定成,汪懋华.基于GA的SVMR预测控制研究[J].控制与决策,2004,09:1067-1070.
[26]刘珊.我国健康投资的经济增长效应区域差异研究[D].湖南师范大学,西方经济学,2014,硕士.
[27]俞超超.九龙江河流—库区系统浮游植物群落组成及其磷胁迫研究[D].厦门大学,海洋生物学,2014,硕士.
[28]吴佳楠.对某高职院校英语分级教学的实证研究[D].燕山大学,英语语言文学,2012,硕士.
[29]喻勤,李兴源.氧化铝生产配料过程控制系统[J].冶金自动化,2000,05:27-28+35.
[30]孟昕.住房公积金联网审计管理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[31]谭宗梅.毛泽东、邓小平创造性思维比较研究[D].华东师范大学,马克思主义理论与思想政治教育,2002,硕士.
[32]张丽.他克莫司治疗原发性肾病综合征的系统评价[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[33]吴平.大学英语通识教育化探索[D].浙江大学,外国语言学与应用语言学,2013,硕士.
[34]张寒.新型油井固砂剂的制备与表征[D].华东理工大学,化学工艺,2014,硕士.
[35]孙玲莹.基于CdTe量子点作用下的鲁米诺电化学发光传感器的研究[D].苏州大学,分析化学,2012,硕士.
[36]刘丕勇.内蒙古地区师范类蒙授英语专业教学模式的研究[D].中央民族大学,民族学,2004,硕士.
[37]刘悦.S医疗器械公司供应链管理研究[D].中国地质大学（北京）,工商管理,2014,硕士.
[38]王丹.烷基咪唑Gemini型表面活性剂的合成及相行为研究[D].山东师范大学,物理化学,2013,硕士.
[39]朱华邦,杜娟.“四大威胁”环境下雷达生存与对抗技术浅析[J].飞航导弹.2005(01)
[40]李伟.汽车座椅点云数据的精简和三角曲面重构[D].吉林大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[41]范广寅.冷战中迪士尼与FBI关系研究[D].上海大学,世界史,2013,硕士.
[42]张鸿飞.A公司出口物流服务链构建研究[D].大连海事大学,物流工程与管理,2013,硕士.
[43]吕江维,曲有鹏,王立,任君刚,张文君,刘华石,乔晓溪.BDD电极电催化生成羟基自由基的检测[J].分析试验室,2015,04:379-382.
[44]赵晋.我国药价虚高的法律规制[D].山西财经大学,经济法学,2014,硕士.
[45]杨锦,江晨晖,李新宇,吴恺,马成畅,杨杨.砂浆的准绝热温升特性与抗压强度的相关性研究[J].新型建筑材料,2014,10:25-27.
[46]刘毅.网络虚拟社区中的科学传播[D].湖南师范大学,传播学,2013,硕士.
[47]赵利富.基于混合编码改进遗传算法的无功优化研究[D].山东大学,电工理论与新技术,2013,硕士.
[48]俞妍慧.组织因子在人胚胎干细胞诱导分化过程中表达及调控的研究[D].中南大学,临床医学,2013,博士.
[49]钟丽霞.抗癌防转汤水提液抑制小鼠肝癌淋巴道转移相关机制研究[D].大连医科大学,中西医结合临床学,2012,硕士.
[50]王楠楠.Myosin X参与神经元的极性发育[D].东北师范大学,细胞生物学,2012,硕士.