極限學(xué)習(xí)機(jī)并行化算法及在NOx排放預(yù)測(cè)中的應(yīng)用.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、極限學(xué)習(xí)機(jī)(Extreme Learning Machine,ELM)以其學(xué)習(xí)速度快、訓(xùn)練參數(shù)少和泛化性能好等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘中。但是面對(duì)如今的大規(guī)模數(shù)據(jù),極限學(xué)習(xí)機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法一樣,由于受到計(jì)算機(jī)內(nèi)存的限制,訓(xùn)練時(shí)間太長(zhǎng),甚至有可能無法運(yùn)行。針對(duì)以上問題,本文將極限學(xué)習(xí)機(jī)與當(dāng)下流行的大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合,利用MapReduce這個(gè)并行框架來實(shí)現(xiàn)極限學(xué)習(xí)機(jī)的并行化,使極限學(xué)習(xí)機(jī)達(dá)到高效處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的目的。
  隨著

2、經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,能源消耗隨之逐年增加。我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主,燃煤電廠產(chǎn)生的NOx日趨嚴(yán)重,如何有效地控制NOx的排放一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著工業(yè)4.0的提出和存儲(chǔ)技術(shù)的提高,工業(yè)處于一個(gè)數(shù)據(jù)爆發(fā)的時(shí)代,每時(shí)每刻都在產(chǎn)生新的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)量也日益增加。為應(yīng)對(duì)我國火電行業(yè)信息化建設(shè)出現(xiàn)的大規(guī)模數(shù)據(jù),尋找行之有效的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)熱門研究。
  本文的主要工作如下:
  (1)針對(duì)傳統(tǒng)極限學(xué)習(xí)機(jī)集成方法無法有效

3、處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的問題,提出基于MapReduce框架的并行化極限學(xué)習(xí)機(jī)集成方法。通過分析極限學(xué)習(xí)機(jī)的集成方法,發(fā)現(xiàn)每個(gè)極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練為并列獨(dú)立進(jìn)行,證明該過程是可以分解的。該算法由一個(gè)MapReduce Job實(shí)現(xiàn),Map階段將集成學(xué)習(xí)中的每個(gè)極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)并行地訓(xùn)練。通過實(shí)驗(yàn)證明該算法在精確度上和單機(jī)極限學(xué)習(xí)機(jī)集成方法幾乎一樣,但訓(xùn)練速度更快,可以更加高效地處理大規(guī)模數(shù)據(jù)。
  (2)針對(duì)極限學(xué)習(xí)機(jī)隨機(jī)初始化輸入權(quán)值和隱含

4、層偏置,可能存在非最優(yōu)的輸入權(quán)值和隱含層偏置的問題,提出基于MapReduce框架的并行化粒子群極限學(xué)習(xí)機(jī)方法。研究發(fā)現(xiàn),在粒子群極限學(xué)習(xí)機(jī)算法的運(yùn)算過程中,粒子適應(yīng)度值的計(jì)算與樣本的大小有關(guān),若樣本太大會(huì)導(dǎo)致訓(xùn)練時(shí)間過長(zhǎng)等問題。而適應(yīng)度函數(shù)采用極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)的誤差,極限學(xué)習(xí)機(jī)在求解輸出權(quán)值的Moore-Penrose廣義逆中矩陣乘法是計(jì)算量最大的部分,由于其可以分解,故將其并行化。通過實(shí)驗(yàn)證明,相比極限學(xué)習(xí)機(jī),該算法得到了較高的預(yù)測(cè)準(zhǔn)

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