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鹭鹰优化算法Secretary Bird Optimization Algorithm, SBOA是一种新型的元启发式算法它于2024年4月由Youfa Fu等人提出并发表在SCI人工智能二区顶刊《Artificial Intelligence Review》上。该算法的灵感来源于鹭鹰在自然环境中的生存行为特别是它们捕食蛇和逃避捕食者的行为。
SBOA算法分为两个主要阶段探索阶段和开发阶段。探索阶段模拟鹭鹰捕食蛇包括寻找猎物、消耗猎物和攻击猎物的过程。开发阶段则模拟鹭鹰逃离捕食者其中鹭鹰会观察环境并选择最合适的逃生策略如逃跑或伪装。
算法的初始准备阶段涉及随机初始化鹭鹰在搜索空间中的位置每个鹭鹰代表一个候选解。在捕猎策略中鹭鹰利用其敏锐的视力寻找猎物并在找到猎物后迅速采取行动。这一过程通过数学模型更新鹭鹰的位置来实现其中包括使用加权Levy飞行来提高优化精度。
逃生策略中鹭鹰可能采取两种行为利用环境伪装或快速奔跑或飞行逃离捕食者。算法中引入了动态扰动因子来平衡探索和利用以实现对优化问题的求解。
二、RBF神经网络介绍
径向基函数Radial Basis Function, RBF神经网络是一种前馈型人工神经网络它使用径向基函数作为激活函数来处理输入数据。RBF网络以其出色的函数逼近能力而闻名能够对非线性问题进行建模和解决广泛应用于分类、回归、模式识别和时间序列预测等领域。
基本结构
RBF网络通常由三层组成
输入层负责接收输入数据不进行任何处理。隐含层包含多个神经元每个神经元对应一个径向基函数。这些函数通常以高斯函数的形式存在用于测量输入数据与中心点之间的距离。输出层将隐含层的输出进行线性组合得到最终的输出结果。
优点
强大的逼近能力RBF网络能够逼近任何连续函数到任意精度。训练速度快一旦隐含层参数确定输出层的训练可以快速完成。泛化能力强适当的参数选择可以提高网络的泛化能力。
缺点
参数选择困难中心点和宽度的选择对网络性能有很大影响但这些参数的选择往往没有明确的指导。容易过拟合如果隐含层神经元过多网络可能会对训练数据过拟合。
RBF神经网络的扩散速度主要受其径向基函数的宽度参数σ影响这个参数也被称为扩展速度或扩散因子 。扩散速度决定了RBF网络对输入变化的响应范围和敏感度。具体来说较大的σ值意味着函数的扩散速度较快影响范围更广对输入数据的局部变化不太敏感而较小的σ值则导致函数的扩散速度较慢影响范围较小对输入数据的局部变化更加敏感 。
在RBF网络中每个隐含层节点的激活函数都以一个中心点为中心当输入数据点接近这些中心点时相应的激活值会更高远离中心点时激活值则会下降。因此扩散速度可以被视为网络在特征空间中对输入变化的响应速度这与基函数的宽度参数密切相关 。
在实际应用中需要对不同的σ值进行尝试以确定既能覆盖足够大的输入范围又不会导致各个神经元的输入向量响应区域重叠的最优扩散速度 。通过这种方式可以确保RBF神经网络在保持快速学习和良好泛化能力的同时对输入数据的变化做出适当的响应。
三、部分代码
以5个输入2个输出的数据集为例采用鹭鹰优化算法优化RBF神经网络的扩散速度实现多数入多输出数据的预测误差最小。可以自行更改数据集
close all % 关闭开启的图窗
clear % 清空变量
clc % 清空命令行%% 导入数据
res load(data.txt);
%% 划分训练集和测试集
temp randperm(1000);%打乱数据集序号
Train800;%训练数据
D5;%数据集的变量个数
P_train res(temp(1: Train), 1 : D);
T_train res(temp(1: Train), D1:end);
M size(P_train, 2);P_test res(temp(Train1: end), 1 : D);
T_test res(temp(Train1: end),D1:end);
N size(P_test, 2);
%% 数据归一化
[p_train, ps_input] mapminmax(P_train, 0, 1);
p_test mapminmax(apply, P_test, ps_input);[t_train, ps_output] mapminmax(T_train, 0, 1);
t_test mapminmax(apply, T_test, ps_output);%% 优化算法求解RBF神经网络的最优扩散速度
pop 20; %种群数量
Max_iter 30; %最大迭代次数
lb 0.00001; %下边界
ub 1; %上边界
dim 1; %维度
fobj(X)fobj(X,p_train,t_train,p_test,t_test);
[ Best_score, Best_P,curve] SBOA(pop, Max_iter, lb, ub, dim, fobj);四、部分结果 五、完整MATLAB代码
见下方名片
