[發(fā)明專利]基于張量分解的城市交通缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711184489.2
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107992536B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何兆成;鐘嘉明
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G06F16/21
• 分類號: G06F16/21;G06Q10/06;G06Q50/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種基于張量分解的城市交通缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法，其特征在于：包括有以下步驟：

S1.構(gòu)建城市交通數(shù)據(jù)基于路段、日期和時段維度的張量；

所述城市交通數(shù)據(jù)為車速數(shù)據(jù)；

所述步驟S2對缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)填補(bǔ)的具體過程如下：

S11.計算已觀測的車速數(shù)據(jù)的平均值；

S12.初始化路段、日期和時段維度上的偏置向量；

S13.結(jié)合路段、日期和時段維度上的偏置向量及平均車速進(jìn)行數(shù)據(jù)估計值計算：

其中為估計值，μ為已觀測的車速數(shù)據(jù)的平均值，為車速數(shù)據(jù)在路段維度的偏置，為車速數(shù)據(jù)在日期維度的偏置，為車速數(shù)據(jù)在時段維度的偏置；

S14.計算目標(biāo)函數(shù)J：

其中x_ijk為準(zhǔn)確值；α為優(yōu)化函數(shù)正則項(xiàng)參數(shù)，用于控制模型復(fù)雜度；

S15.判斷目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值是否為最小，若是則輸出待填補(bǔ)數(shù)據(jù)的預(yù)填補(bǔ)值完成缺失數(shù)據(jù)的初始化；否則向更優(yōu)方向調(diào)整的大小，然后執(zhí)行步驟S13；

S2.對缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)填補(bǔ)，完成缺失數(shù)據(jù)的初始化；

S3.對預(yù)填補(bǔ)得到的張量進(jìn)行截斷奇異值分解，挖掘得到張量在路段、日期和時段維度的左奇異向量；

S4.利用路段、日期和時段維度的左奇異向量，計算得到核心張量；

S5.構(gòu)建缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型，輸入路段、日期和時段維度的左奇異向量及核心張量訓(xùn)練缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型，并結(jié)合優(yōu)化算法不斷優(yōu)化缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型，優(yōu)化完畢后通過缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型實(shí)現(xiàn)缺失數(shù)據(jù)的填補(bǔ)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于張量分解的城市交通缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法，其特征在于：所述步驟S3對預(yù)填補(bǔ)得到的缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行截斷奇異值分解的具體過程如下：

S21.對預(yù)填補(bǔ)得到的缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)展開后得到3個矩陣，記作矩陣A,B,C；

S22.設(shè)置奇異值比例閾值p；

S23.對矩陣A,B,C進(jìn)行奇異值分解，分別計算得到左奇異向量U^(SVD)、V^(SVD)和W^(SVD)，其中U^(SVD)、V^(SVD)和W^(SVD)分別表示缺失數(shù)據(jù)在路段、日期和時段維度的左奇異向量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于張量分解的城市交通缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法，其特征在于：所述核心張量的模態(tài)1展開形式如下：

經(jīng)模態(tài)還原即可得到核心張量

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于張量分解的城市交通缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法，其特征在于：所述步驟S5的具體執(zhí)行過程如下：

S31.構(gòu)建缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型；

S32.加載U^(SVD)、V^(SVD)和W^(SVD)作為迭代更新的初始值；輸入至構(gòu)建缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型中對缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型進(jìn)行訓(xùn)練；

S33.缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型利用U^(SVD)、V^(SVD)和W^(SVD)還原得到張量

S34.計算誤差函數(shù)ε：

為二值型張量，記錄的是張量中數(shù)據(jù)的缺失情況，若張量中某一數(shù)據(jù)缺失，則張量中對應(yīng)位置的記錄為0；若張量中某一數(shù)據(jù)未缺失，則張量中對應(yīng)位置的記錄為1；

S35.判斷誤差函數(shù)ε是否收斂，若是則輸出缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型及完整張量否則通過優(yōu)化算法對U^(SVD)、V^(SVD)和W^(SVD)進(jìn)行尋優(yōu)，然后執(zhí)行步驟S32。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于張量分解的城市交通缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法，其特征在于：所述缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型還原得到張量的具體過程如下：