發(fā)布時(shí)間：2017-07-04 13:22

  本文關(guān)鍵詞：極限學(xué)習(xí)機(jī)并行化算法及在NO_x排放預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

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【摘要】：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(wú)法運(yùn)行。針對(duì)以上問(wèn)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(lái)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。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,能源消耗隨之逐年增加。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤為主,燃煤電廠產(chǎn)生的NO_x日趨嚴(yán)重,如何有效地控制NO_x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(kù)的存儲(chǔ)量也日益增加。為應(yīng)對(duì)我國(guó)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(mén)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(wú)法有效處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)長(zhǎng)等問(wèn)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(guò)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)確率。(3)將本文提出的極限學(xué)習(xí)機(jī)并行化算法應(yīng)用到NO_x排放預(yù)測(cè)中。通過(guò)分析鍋爐運(yùn)行參數(shù)及影響NO_x排放特性的因素,確定極限學(xué)習(xí)機(jī)的輸入輸出參數(shù),建立NO_x的排放預(yù)測(cè)模型。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出方法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：極限學(xué)習(xí)機(jī) 大數(shù)據(jù) MapReduce 粒子群算法 NO_x排放
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP181
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 主要符號(hào)索引13-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 課題背景及選題意義15-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展17-21
• 1.2.1 極限學(xué)習(xí)機(jī)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.2 大規(guī)模的數(shù)據(jù)挖掘研究現(xiàn)狀19-21
• 1.2.3 NO_x排放預(yù)測(cè)研究現(xiàn)狀21
• 1.3 研究?jī)?nèi)容與組織結(jié)構(gòu)21-25
• 第二章 相關(guān)技術(shù)25-37
• 2.1 NO_x的生成機(jī)理25-26
• 2.1.1 熱力型NO_x25-26
• 2.1.2 快速型NO_x26
• 2.1.3 燃料型NO_x26
• 2.2 極限學(xué)習(xí)機(jī)26-29
• 2.3 Hadoop大數(shù)據(jù)技術(shù)29-35
• 2.3.1 HDFS分布式文件系統(tǒng)30-33
• 2.3.2 MapReduce編程框架33-35
• 2.4 本章小結(jié)35-37
• 第三章 基于MapReduce的并行化極限學(xué)習(xí)機(jī)37-49
• 3.1 基于分治策略的極限學(xué)習(xí)機(jī)37-38
• 3.2 基于MapReduce的并行化ELM算法38-41
• 3.2.1 算法分析與設(shè)計(jì)38-39
• 3.2.2 算法實(shí)現(xiàn)39-41
• 3.3 實(shí)驗(yàn)分析41-48
• 3.3.1 Hadoop平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)41-43
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析43-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第四章 基于MapReduce的并行化粒子群極限學(xué)習(xí)機(jī)49-61
• 4.1 粒子群算法49-51
• 4.1.1 粒子群算法49-50
• 4.1.2 PSO-ELM算法50-51
• 4.2 基于MapReduce的并行化PSO-ELM算法51-56
• 4.2.1 算法分析與設(shè)計(jì)51-53
• 4.2.2 算法實(shí)現(xiàn)53-56
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析56-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第五章 基于并行化極限學(xué)習(xí)機(jī)的NO_x排放預(yù)測(cè)61-69
• 5.1 基于MapReduce的并行化NO_x排放模型61-63
• 5.1.1 鍋爐燃燒設(shè)備狀況61-62
• 5.1.2 輸入與輸出的設(shè)計(jì)62
• 5.1.3 數(shù)據(jù)采集及其預(yù)處理62-63
• 5.2 實(shí)驗(yàn)分析63-66
• 5.2.1 基于PV-ELM的NO_x建模實(shí)驗(yàn)63-65
• 5.2.2 基于DPSO-ELM的NO_x建模實(shí)驗(yàn)65-66
• 5.3 本章小結(jié)66-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 全文總結(jié)69-70
• 6.2 研究展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 致謝77-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文79

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 吳正娟;職為梅;楊勇;范明;;并行化的粒子群技術(shù)[J];微計(jì)算機(jī)信息;2009年36期

2 齊書(shū)陽(yáng);;迎接并行化的明天[J];軟件世界;2009年06期

3 曹琳,楊學(xué)軍,金國(guó)華;兩種并行化機(jī)制的分析[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;1993年09期

4 金國(guó)華，，陳福接;并行化技術(shù)與工具[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;1996年07期

5 蔡立志,童維勤,廖文昭;序列拼裝程序的并行化研究與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2003年14期

6 王偉;潘建偉;;有限差分法的并行化計(jì)算實(shí)現(xiàn)[J];電腦知識(shí)與技術(shù);2008年07期

7 程錦松;;迭代法的并行化[J];安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1997年03期

8 陳再高;王s

本文編號(hào)：517963