[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(hào): CN107992536B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何兆成;鐘嘉明
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F16/21
• 分類號(hào): 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

本發(fā)明涉及一種基于張量分解的城市交通缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法，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(shí)段維度的張量；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)得到的缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行截?cái)嗥娈愔捣纸猓诰虻玫饺笔?shù)據(jù)在路段、日期和時(shí)段維度的左奇異向量；S4.利用路段、日期和時(shí)段維度的左奇異向量，計(jì)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(shí)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)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能交通技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及基于一種基于張量分解的城市交通缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法。

背景技術(shù)

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分析方法給人們帶來了無數(shù)紅利。以交通行業(yè)為例，通過收集和分析車速數(shù)據(jù)，城市管理者可以掌握路段的運(yùn)行情況。然而，在數(shù)據(jù)采集過程中，不可避免的問題是缺失數(shù)據(jù)，這直接阻礙了城市管理者對路段運(yùn)行情況的掌握，從而也無法制定有效的管理決策。但幸運(yùn)的是，城市交通數(shù)據(jù)往往具有較強(qiáng)的時(shí)空規(guī)律，如在工作日往往會(huì)出現(xiàn)早晚高峰等。因此，可以通過一定的方法，從歷史數(shù)據(jù)中挖掘規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對缺失數(shù)據(jù)的填補(bǔ)。

如何通過科學(xué)的方法，充分挖掘已有數(shù)據(jù)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對大規(guī)模交通缺失數(shù)據(jù)的填補(bǔ)，從而幫助城市管理者掌握交通運(yùn)行情況、制定有效的管理決策，是本發(fā)明研究的重點(diǎn)和目的所在。

現(xiàn)在的國內(nèi)外研究和技術(shù)現(xiàn)狀主要如下：

第一，城市交通零散缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)。國內(nèi)外學(xué)者對城市交通零散數(shù)據(jù)缺失填補(bǔ)方法做了大量研究，較為經(jīng)典的是利用自相關(guān)分析理論，找出與零散缺失數(shù)據(jù)緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，再采用加權(quán)平均的方法來實(shí)現(xiàn)零散缺失數(shù)據(jù)的填補(bǔ)。上述算法模型著重考慮了數(shù)據(jù)間的特性，而對數(shù)據(jù)本身特性的挖掘較少，此外還有計(jì)算復(fù)雜，耗時(shí)高的缺點(diǎn)，難以大規(guī)模推廣。

第二，城市交通連續(xù)缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)?，F(xiàn)有的連續(xù)缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法，主要以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量回歸等機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)算法為主，利用已有的歷史數(shù)據(jù)，訓(xùn)練得到回歸模型，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)對連續(xù)缺失數(shù)據(jù)的填補(bǔ)。這一類算法雖然填補(bǔ)效果較好，但也存在計(jì)算復(fù)雜，填補(bǔ)模型參數(shù)多、解釋性差的缺點(diǎn)，不利于其他使用者理解模型，復(fù)現(xiàn)模型，從而也在一定程度上限制了相關(guān)應(yīng)用的推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于從城市交通本身的時(shí)間空間特性出發(fā)，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，其次通過張量分解的方法挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)在規(guī)律，再利用挖掘得到的規(guī)律建立強(qiáng)解釋性的缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)模型，最終實(shí)現(xiàn)對零散或連續(xù)的缺失數(shù)據(jù)有效填補(bǔ)。

為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：

一種基于張量分解的城市交通缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法，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(shí)段維度的張量；

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?cái)嗥娈愔捣纸?，挖掘得到張量在路段、日期和時(shí)段維度的左奇異向量；

S4.利用路段、日期和時(shí)段維度的左奇異向量，計(jì)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(shí)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)。

優(yōu)選地，所述城市交通數(shù)據(jù)為車速數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，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(jì)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(shí)段維度上的偏置向量；