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🔥 内容介绍
1.1 研究背景与意义
在人工智能与数据科学快速发展的当下,分类预测模型已广泛应用于金融风险评估、医疗疾病诊断、工业质量检测、环境监测等众多领域。分类模型的准确性与可靠性直接决定了决策的科学性,而传统分类算法如逻辑回归、普通支持向量机等,在面对高维、非线性、小样本数据时,常存在泛化能力弱、参数优化困难等问题。
最小二乘支持向量机(LSSVM)作为支持向量机(SVM)的改进算法,通过将二次规划问题转化为线性方程组求解,大幅降低了计算复杂度,在非线性分类任务中展现出良好性能。然而,LSSVM 的分类效果高度依赖于核函数参数与正则化参数的选取,传统参数优化方法(如网格搜索、遗传算法)存在寻优效率低、易陷入局部最优的缺陷,限制了其在复杂场景中的应用。
北方苍鹰算法(NGO)是一种模拟北方苍鹰捕食行为的新型群智能优化算法,具有收敛速度快、全局寻优能力强、参数设置少等优势,为解决 LSSVM 参数优化难题提供了新思路。同时,随着 “可解释 AI(XAI)” 理念的普及,仅依靠高准确率的 “黑箱” 模型已无法满足实际需求,尤其是在医疗、金融等对决策透明度要求极高的领域,亟需通过有效的特征贡献分析方法,揭示模型决策的内在逻辑。SHAP(SHapley Additive exPlanations)作为当前主流的可解释性分析工具,能够量化每个特征对模型预测结果的贡献程度,为模型的可靠性验证与优化提供重要支撑。
因此,本研究提出基于北方苍鹰算法优化最小二乘支持向量机(NGO-LSSVM)的分类预测模型,并结合 SHAP 进行特征贡献分析。该方案不仅能通过 NGO 算法高效优化 LSSVM 参数,提升分类 accuracy,还能借助 SHAP 分析增强模型透明度,让决策过程 “可知、可溯、可信”,具有重要的理论研究价值与实际应用意义。
1.2 研究目标
本研究的核心目标可分为以下三个层面:
- 参数优化目标:构建 NGO-LSSVM 分类模型,利用北方苍鹰算法(NGO)的全局寻优能力,自动搜索 LSSVM 的最优核函数参数(如 RBF 核的 σ 值)与正则化参数(γ 值),解决传统参数优化方法效率低、易陷入局部最优的问题,提升模型的泛化能力与分类准确率。
- 分类性能目标:以公开数据集(如 UCI 数据集、医疗诊断数据集等)为实验对象,将 NGO-LSSVM 模型与传统 LSSVM(网格搜索优化)、SVM、随机森林、XGBoost 等主流分类算法进行对比,验证 NGO-LSSVM 在分类 accuracy、召回率、F1 分数、ROC-AUC 等指标上的优势。
- 可解释性目标:引入 SHAP 分析工具,构建 NGO-LSSVM 模型的特征贡献分析框架,量化每个输入特征对分类结果的正向 / 负向贡献,生成 SHAP 摘要图、依赖图、决策图等可视化结果,揭示模型决策的关键特征与内在逻辑,增强模型的透明度与可信任度。


⛳️ 运行结果




📣 部分代码
%% 导入数据
res = xlsread('数据集.xlsx');
%% 划分训练集和测试集
temp = randperm(357);
P_train = res(temp(1: 240), 1: 12)';
T_train = res(temp(1: 240), 13)';
M = size(P_train, 2);
P_test = res(temp(241: end), 1: 12)';
T_test = res(temp(241: end), 13)';
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 = categorical(T_train)';
t_test = categorical(T_test )';
%% 数据平铺
% 将数据平铺成1维数据只是一种处理方式
% 也可以平铺成2维数据,以及3维数据,需要修改对应模型结构
% 但是应该始终和输入层数据结构保持一致
P_train = double(reshape(P_train, 12, 1, 1, M));
P_test = double(reshape(P_test , 12, 1, 1, N));
🔗 参考文献
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🌟 机器学习和深度学习时序、回归、分类、聚类和降维
2.1 bp时序、回归预测和分类
2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类
2.3 SVM/CNN-SVM/LSSVM/RVM支持向量机系列时序、回归预测和分类
2.4 CNN|TCN|GCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类
2.5 ELM/KELM/RELM/DELM极限学习机系列时序、回归预测和分类
2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类
2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类
2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类
2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类
2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类
2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测
2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类
2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类
2.14 PNN脉冲神经网络分类
2.15 模糊小波神经网络预测和分类
2.16 时序、回归预测和分类
2.17 时序、回归预测预测和分类
2.18 XGBOOST集成学习时序、回归预测预测和分类
2.19 Transform各类组合时序、回归预测预测和分类
方向涵盖风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、用电量预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断
🌟图像处理方面
图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知
🌟 路径规划方面
旅行商问题(TSP)、车辆路径问题(VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等)、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、 充电车辆路径规划(EVRP)、 双层车辆路径规划(2E-VRP)、 油电混合车辆路径规划、 船舶航迹规划、 全路径规划规划、 仓储巡逻、公交车时间调度、水库调度优化、多式联运优化
🌟 无人机应用方面
无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化、车辆协同无人机路径规划、
🌟 通信方面
传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化、水声通信、通信上传下载分配
🌟 信号处理方面
信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化、心电信号、DOA估计、编码译码、变分模态分解、管道泄漏、滤波器、数字信号处理+传输+分析+去噪、数字信号调制、误码率、信号估计、DTMF、信号检测
🌟电力系统方面
微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置、有序充电、MPPT优化、家庭用电、电/冷/热负荷预测、电力设备故障诊断、电池管理系统(BMS)SOC/SOH估算(粒子滤波/卡尔曼滤波)、 多目标优化在电力系统调度中的应用、光伏MPPT控制算法改进(扰动观察法/电导增量法)、电动汽车充放电优化、微电网日前日内优化、储能优化、家庭用电优化、供应链优化
🌟 元胞自动机方面
交通流 人群疏散 病毒扩散 晶体生长 金属腐蚀
🌟 雷达方面
卡尔曼滤波跟踪、航迹关联、航迹融合、SOC估计、阵列优化、NLOS识别
🌟 车间调度
零等待流水车间调度问题NWFSP 、 置换流水车间调度问题PFSP、 混合流水车间调度问题HFSP 、零空闲流水车间调度问题NIFSP、分布式置换流水车间调度问题 DPFSP、阻塞流水车间调度问题BFSP
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