[發(fā)明專利]一種非參數(shù)回歸方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010295321.0
• 申請日: 2010-09-28
• 公開（公告）號: CN101968780A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈寧;馬壽峰;朱寧;鄭亮;王鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F17/00
• 分類號: G06F17/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 溫國林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及預(yù)測方法的領(lǐng)域，特別涉及一種非參數(shù)回歸方法。

背景技術(shù)

非參數(shù)回歸(NPR)是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測技術(shù)，是近些年來興起的一種適合不確定性的、非線性的動態(tài)系統(tǒng)的非參數(shù)估計(jì)方法。非參數(shù)回歸預(yù)測的原理如下：假設(shè)預(yù)測對象的狀態(tài)x與關(guān)心的某個(gè)變量y之間存在某種關(guān)系y＝m(x)，如果預(yù)測對象當(dāng)前的狀態(tài)是如果使用非參數(shù)回歸的方法，則可以運(yùn)用如下的過程來預(yù)測當(dāng)預(yù)測對象的狀態(tài)為時(shí)的值：

1、收集足夠多的已知數(shù)據(jù)(x₁，y₁)～(x_n，y_n)，并存儲成數(shù)據(jù)集。

2、找出數(shù)據(jù)集的一個(gè)子集合X_n，滿足對于其中R是由方法使用者定義的“相似”關(guān)系，即滿足這種關(guān)系的x和被認(rèn)為是類似的。

3、F為和X_n之間的映射關(guān)系。

從上面的過程中可以發(fā)現(xiàn)，非參數(shù)回歸的實(shí)質(zhì)是：在模式庫中尋找與當(dāng)前狀態(tài)相似的歷史狀態(tài)，并把與當(dāng)前狀態(tài)相似的歷史狀態(tài)應(yīng)用于狀態(tài)預(yù)測。將已知數(shù)據(jù)(x₁，y₁)稱作一個(gè)模式。模式(x，y)中的x稱作狀態(tài)，或者自變量，它是與預(yù)測結(jié)果有直接影響的量。y稱作狀態(tài)x對應(yīng)的結(jié)果，或者因變量，是系統(tǒng)的管理者或使用者所關(guān)心的量。從模式庫中找出與當(dāng)前狀態(tài)相似的歷史狀態(tài)過程被稱作相似模式搜索，它是非參數(shù)回歸預(yù)測方法的核心，決定了非參數(shù)回歸預(yù)測的計(jì)算速度和預(yù)測精度。

在計(jì)算速度方面，現(xiàn)有的方法大多是使用線性結(jié)構(gòu)來建立模式庫，雖然簡單，易于搜索算法的實(shí)現(xiàn)，但是由于其結(jié)構(gòu)決定了搜索算法的實(shí)現(xiàn)只能按照一維順序執(zhí)行，所以其搜索操作所需時(shí)間耗費(fèi)太長，尤其是樣本數(shù)據(jù)庫的規(guī)模比較大時(shí)，更是無法滿足實(shí)時(shí)性要求。在預(yù)測精度方面，現(xiàn)有的方法大多是開環(huán)系統(tǒng)，模式庫和系統(tǒng)參數(shù)一旦設(shè)定就不再改變，不能再運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而影響了實(shí)際的預(yù)測效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種非參數(shù)回歸方法，該方法提高了非參數(shù)回歸預(yù)測的計(jì)算速度和預(yù)測精度，所述方法包括以下步驟：

(1)根據(jù)預(yù)測對象確定預(yù)測量；

(2)從所述預(yù)測對象中獲取預(yù)測量的屬性P₁～P_n，將所述屬性P₁～P_n作為所述預(yù)測對象狀態(tài)的各個(gè)分量，n為屬性的個(gè)數(shù)；

(3)收集模式；

(4)根據(jù)收集到的所述模式，利用KD樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)建模式庫；

(5)采集所述預(yù)測對象狀態(tài)的參數(shù)，由所述參數(shù)構(gòu)成所述預(yù)測對象當(dāng)前狀態(tài)向量，按照預(yù)設(shè)準(zhǔn)則在所述模式庫中搜索與當(dāng)前狀態(tài)向量相似的k個(gè)模式，并獲取所述k個(gè)模式對應(yīng)的待預(yù)測量的值y₁～y_n；

(6)將獲取到的所述待預(yù)測量的值y₁～y_n代入預(yù)測函數(shù)中，得到預(yù)測值y_forcast；

(7)經(jīng)過時(shí)間T，采集待預(yù)測量的真實(shí)值y_real，根據(jù)所述預(yù)測值y_forcast和所述真實(shí)值y_real計(jì)算預(yù)測誤差e，根據(jù)所述預(yù)測誤差e對所述預(yù)設(shè)準(zhǔn)則中的權(quán)值、所述模式庫的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

步驟(4)中的所述根據(jù)收集到的所述模式，利用KD樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)建模式庫具體為：

構(gòu)建第一參數(shù)P、第二參數(shù)depth和第三參數(shù)ds，第一參數(shù)P用于構(gòu)造KD樹的點(diǎn)集、第二參數(shù)depth用于表示遞歸深度，第三參數(shù)ds用于表示點(diǎn)集中每個(gè)點(diǎn)的維數(shù)d；

判斷第一參數(shù)P是否只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果是，建立并儲存節(jié)點(diǎn)的葉子并返回；如果否，令維數(shù)d＝depth％ds，找出第一參數(shù)P內(nèi)各點(diǎn)第d維中值，以中值為分割線將第一參數(shù)P劃分成兩部分，分別記為第一部分P1，第二部分P2，同時(shí)生成一個(gè)節(jié)點(diǎn)V用來存儲分割第一參數(shù)P的中值；

將第一部分P1、depth+1和第三參數(shù)ds作為參數(shù)，遞歸執(zhí)行，直到返回，并將返回的節(jié)點(diǎn)存儲為VL；

將第二部分P2、depth+1和第三參數(shù)ds作為參數(shù)，遞歸執(zhí)行，直到返回，并將返回的節(jié)點(diǎn)存儲為VR；

分別將VL和VR置為節(jié)點(diǎn)V的左右孩子。

步驟(5)中的所述預(yù)設(shè)準(zhǔn)則具體為：