午间漫步-2005.04.08

看着一朵木棉花从树上落下;

看着鸟儿在高高的枝头跳跃,并享受着它们悦耳的叫声;

一阵清爽的微风抚过,带来了阵阵的花儿香;

陶醉其中,不知归处。
根据原作 https://pan.quark.cn/s/459657bcfd45 的源码改编 Classic-ML-Methods-Algo 引言 建立这个项目,是为了梳理和总结传统机器学习(Machine Learning)方法(methods)或者算法(algo),和各位同仁相互学习交流. 现在的深度学习本质上来自于传统的神经网络模型,很大程度上是传统机器学习的延续,同时也在不少时候需要结合传统方法来实现. 任何机器学习方法基本的流程结构都是通用的;使用的评价方法也基本通用;使用的一些数学知识也是通用的. 本文在梳理传统机器学习方法算法的同时也会顺便补充这些流程,数学上的知识以供参考. 机器学习 机器学习是人工智能(Artificial Intelligence)的一个分支,也是实现人工智能最重要的手段.区别于传统的基于规则(rule-based)的算法,机器学习可以从数据中获取知识,从而实现规定的任务[Ian Goodfellow and Yoshua Bengio and Aaron Courville的Deep Learning].这些知识可以分为四种: 总结(summarization) 预测(prediction) 估计(estimation) 假想验证(hypothesis testing) 机器学习主要关心的是预测[Varian在Big Data : New Tricks for Econometrics],预测的可以是连续性的输出变量,分类,聚类或者物品之间的有趣关联. 机器学习分类 根据数据配置(setting,是否有标签,可以是连续的也可以是离散的)和任务目标,我们可以将机器学习方法分为四种: 无监督(unsupervised) 训练数据没有给定...
``` %% 参数设置 numDays = 31; % 生成31天数据(2025年3月有31天) hoursPerDay = 24; totalHours = numDays * hoursPerDay; % 总小时数=31*24=744 baseTemp = 15; % 参考气温15℃ alpha = 20; % 热负荷系数 beta = 18; % 冷负荷系数 %% 改进1:生成更精确的工作日标记(数值型1/0) % 生成工作日标记:4周(5工+2休) + 3天工作日 numWeeks = 4; % 4周共28天 remainingDays = numDays - numWeeks*7; % 剩余3天 isWeekday = [repmat([true(5,1); false(2,1)], numWeeks, 1); true(remainingDays,1)]; % 生成每日标记 isWeekday = repelem(isWeekday, hoursPerDay, 1); % 扩展为小时级 isWeekday = double(isWeekday); % 转换为1/0数值型 %% 生成精确温度模型(保持原温度生成逻辑) rng(20250313); % 固定随机种子 time = 1:totalHours; % ...(原有温度生成代码保持不变)... %% 生成风速数据(保持原有逻辑) windSpeed = 4 - 0.2*(temp - baseTemp) + 1.5*randn(totalHours,1); windSpeed = max(windSpeed, 0); % 风速≥0 %% 改进2:生成更真实的电负荷(添加日内波动和温度影响) % 小时级负荷模板(单位:kW) hourOfDay = mod(time-1, 24); % 获取当前小时(0-23) % 工作日模板(早高峰+晚高峰) weekdayPattern = 1000 + ... % 基础负荷 200 * exp(-(hourOfDay-8).^2/(2*2^2)) + ... % 早高峰(8点) 300 * exp(-(hourOfDay-19).^2/(2*2^2)); % 晚高峰(19点) % 节假日模板(午间高峰) weekendPattern = 800 + ... 150 * exp(-(hourOfDay-13).^2/(2*3^2)); % 午间高峰(13点) % 合成基础电负荷 baseElectric = isWeekday.*weekdayPattern' + (1-isWeekday).*weekendPattern'; % 添加温度影响(温度每偏离20℃±5℃时增加负荷) tempEffect = zeros(size(temp)); highTempIdx = temp > 25; % 高温补偿 lowTempIdx = temp < 10; % 低温补偿 tempEffect(highTempIdx) = 50*(temp(highTempIdx)-25); tempEffect(lowTempIdx) = 30*(10 - temp(lowTempIdx)); % 最终电负荷(添加噪声和约束) electricLoad = baseElectric + tempEffect+ 80*randn(totalHours,1); electricLoad = max(electricLoad, 300); % 最低保障负荷300kW %% 改进3:生成更真实的冷热负荷(非线性响应+风速影响) % 热负荷模型(考虑建筑热惯性) heatLoad = 800 + alpha*(baseTemp - temp).^1.3 + ... % 非线性响应 3*windSpeed.*(baseTemp - temp).*(temp < baseTemp); % 风速增强热损失 heatLoad(temp >= baseTemp) = 0; % 关闭供热 heatLoad = max(heatLoad, 0); % 冷负荷模型(考虑设备效率) coolLoad = 400 + beta*(temp - baseTemp).^1.5 - ... % 非线性响应 1.5*windSpeed.*(temp - baseTemp).*(temp > baseTemp); % 风速辅助散热 coolLoad(temp <= baseTemp) = 0; % 关闭供冷 coolLoad = max(coolLoad, 0); %% 数据后处理 temp = round(temp, 1); % 温度保留1位小数 windSpeed = round(windSpeed, 2); % 风速保留2位小数 electricLoad = round(electricLoad, 1); heatLoad = round(heatLoad, 1); coolLoad = round(coolLoad, 1); %% 组合数据表 timestamp = datetime(2025,3,1,0,0,0) + hours(0:totalHours-1)'; dataTable = table(... timestamp, isWeekday, temp, windSpeed, electricLoad, heatLoad, coolLoad,... 'VariableNames', {'Timestamp', 'IsWeekday', 'Temperature_C',... 'WindSpeed_mps', 'ElectricLoad_kW', 'HeatLoad_kW', 'CoolLoad_kW'}); %% 保存为CSV文件 writetable(dataTable, 'IES_Load_Data_202503_v2.csv');```在代码基础上改进:1风速变化更有连贯性2电热冷负荷更加贴近生活实际3电热冷负荷按照一般的工业园区进行估计
03-17
<think>好的,我现在需要帮用户分析他们提供的MATLAB代码,并根据他们的要求进行改进。首先,用户希望改进三点:风速变化的连贯性、电热冷负荷更贴近实际,以及按照一般工业园区的情况进行调整。我得先仔细理解现有代码的逻辑,然后找出需要优化的地方。 首先看风速生成部分。原来的代码是`windSpeed = 4 - 0.2*(temp - baseTemp) + 1.5*randn(totalHours,1);`。这里的问题可能是风速变化不够连贯,因为直接使用了白噪声,导致每个小时之间的风速跳跃较大。为了让风速更连贯,可能需要引入时间序列的平滑方法,比如滑动平均或低通滤波。例如,使用移动平均来减少随机噪声的影响,或者应用高斯滤波,这样可以让风速的变化更平缓,更符合实际情况。 接下来是电负荷的改进。用户提到要更贴近生活实际,并且针对工业园区。现有的代码中,工作日和节假日的模板可能不够符合工业园区的用电模式。工业园区通常在工作日有较高的稳定负荷,可能早晚高峰不如居民区明显,但生产时间(比如白天8点到18点)负荷较高。此外,周末可能负荷显著降低。因此,需要调整基础负荷的模板,比如将工作日的早晚高峰改为白天持续高负荷,而周末则降低更多。同时,温度影响部分可能需要调整,工业园区对温度的敏感度可能更高,比如高温时空调使用增加,导致电负荷上升更明显。此外,可以考虑添加季节性因素,比如3月份属于过渡季节,可能对温度的影响有特定的响应。 然后是热负荷和冷负荷的调整。工业园区可能有更多的工业设备产生废热,或者需要冷却,因此热负荷和冷负荷的基础值可能需要调整。例如,热负荷可能在低温时更高,尤其是考虑到大型建筑的保温性能。冷负荷在高温时可能更显著,尤其是生产设备散热需要更多冷却。此外,现有的非线性模型可能需要进一步调整指数,或者添加更多的因素,比如设备运行时间的影响,或者风速对散热的不同影响。 现在,针对风速连贯性的改进,可以考虑使用滤波方法。比如应用一个滑动平均滤波器,或者使用高斯滤波器来平滑随机噪声部分。例如,生成随机噪声后,用movmean函数进行平均,或者用imgaussfilt(假设安装了图像处理工具箱)进行高斯平滑。这样可以让风速的变化更连续,而不是每小时独立波动。 对于电负荷,工业园区的工作日模式可能更倾向于白天持续高负荷,而不是早晚高峰。因此,可以将工作日的模板改为在8点到18点之间保持较高负荷,比如使用梯形波或者矩形波,而不是高斯峰。同时,节假日(周末)的负荷可能更低,午间高峰可能不明显,反而整体较低。此外,温度影响方面,工业园区可能有更多的空调系统,温度每偏离舒适区(比如20℃),负荷变化更大。可能需要调整温度影响的系数,或者分季节设置不同的影响系数,但用户代码中是3月份的数据,可能只需调整当前参数。 冷热负荷方面,工业园区可能有更高的基础负荷,比如生产线持续产生的热量需要冷却,或者需要保持恒温环境。因此,热负荷和冷负荷的基础值(800和400)可能需要调整。例如,热负荷在低温时可能更高,而冷负荷在高温时响应更剧烈。另外,考虑风速的影响,比如强风可能加速冷却,所以在冷负荷模型中,风速的系数可能需要调整,使其影响更明显。 再考虑代码实现细节。比如,在生成工作日标记时,原来的代码是生成4周(5工+2休)加3天工作日,共31天。需要确认是否正确,因为3月1日如果是周六,那么前四周可能包含正确的周末安排。这部分可能没问题。但工业园区的周末可能只有周日休息,或者根据具体情况调整,但用户可能希望保持原有的工作日标记逻辑,除非特别指出。 然后,温度生成部分用户提到保持原有代码,所以暂时不需要修改。但需要确认温度数据是否合理,比如3月份的气温是否在合理范围内,可能baseTemp是15℃,生成的数据是否符合预期,但用户没有提到修改温度生成,所以可能不需要调整。 对于电负荷的温度影响,原来的代码是当温度高于25或低于10时增加负荷。工业园区可能在更宽的温度范围内就有响应,比如温度超过20℃就开始增加冷负荷,或者低于15℃增加热负荷。需要调整高温和低温的阈值,以及影响系数。例如,将高温阈值设为22℃,低温设为18℃,这样温度影响会更早生效,更符合实际空调使用情况。 此外,电负荷的随机噪声可能过大,80的噪声可能太高,导致负荷波动不符合实际。工业园区负荷可能相对稳定,噪声可以适当减小,比如调整到50或更低。 在冷热负荷模型中,原来的非线性指数是1.3和1.5,可能需要调整,以更贴近实际响应曲线。例如,冷负荷可能随温度升高呈指数增长,而热负荷可能随温差增大而增长更快。此外,风速的影响系数可能需要根据实际数据或文献进行调整,比如风速对热损失的影响可能更大,所以系数可以适当增加。 最后,数据后处理部分,四舍五入保留小数位数可能需要调整,比如电负荷是否需要整数,或者保留一位小数足够。但用户原来的代码已经做了round处理,可能不需要修改。 总结需要进行的改进点: 1. 风速连贯性:使用滑动平均或高斯滤波平滑风速数据。 2. 电负荷模板调整:修改工作日和节假日的负荷模式,更符合工业园区特点。 3. 温度影响调整:修改温度阈值和影响系数,可能扩大温度影响范围。 4. 冷热负荷模型调整:调整基础值、非线性指数、风速影响系数。 5. 噪声水平调整:降低电负荷的随机噪声,使其更稳定。 6. 可能的季节性调整,但用户数据是3月份,可能无需处理。 具体实施步骤: 风速部分:在生成windSpeed后,应用移动平均滤波。例如,使用5小时窗口的移动平均: windSpeed = smoothdata(windSpeed, 'movmean', 5); 或者高斯滤波: windSpeed = imgaussfilt(windSpeed, 2); 但需要确保函数可用,或者手动实现卷积。 电负荷模板:将工作日的早晚高峰改为白天持续高负荷,比如8-18点维持较高水平,使用矩形波或梯形波。例如: weekdayPattern = 1200 + 500*(hourOfDay >=8 & hourOfDay <=18); 但这样会突变,可以改用更平滑的梯形,比如使用余弦变化或斜坡。或者保持高斯峰但调整参数,比如更宽的峰。比如: 早峰从6点到10点,午间持续到下午5点,晚峰可能不明显。或者直接定义一个基荷加上日间增加的负荷。 或者,考虑到工业园区可能在白天工作时间(如8:00-18:00)负荷较高,可以设置: daytime = (hourOfDay >=8 & hourOfDay <=18); weekdayPattern = 1000 + 600*daytime; 这样白天增加600kW,其他时间基础1000kW。但这样可能太生硬,可以加平滑处理,比如使用sigmoid函数过渡: transition = 1./(1 + exp(-(hourOfDay-8))) - 1./(1 + exp(-(hourOfDay-18))); weekdayPattern = 1000 + 600 * transition; 但需要调整参数使得过渡平滑。或者使用线性插值: 例如,在7-9点逐渐上升,17-19点逐渐下降。 另一种方法是定义工作时间段,并在该时间段内应用较高的负荷,其余时间较低。比如: % 工作时间段8:00-18:00 peakStart = 8; peakEnd = 18; rampDuration = 1; % 小时过渡时间 % 计算每个小时的负荷增加值 hourlyLoad = zeros(1,24); for h=0:23 if h >= peakStart && h <= peakEnd hourlyLoad(h+1) = 600; elseif h >= peakStart - rampDuration && h < peakStart hourlyLoad(h+1) = 600 * (h - (peakStart - rampDuration)) / rampDuration; elseif h > peakEnd && h <= peakEnd + rampDuration hourlyLoad(h+1) = 600 * (1 - (h - peakEnd)/rampDuration); else hourlyLoad(h+1) = 0; end end weekdayPattern = 1000 + hourlyLoad; 这样可以实现平滑的过渡。但代码可能稍复杂,需转换为向量化操作。 温度影响部分,调整高温和低温的阈值到更接近舒适区的范围,比如高温阈值设为22℃,低温设为16℃。同时,调整影响系数,比如高温时每升高1℃增加60kW,低温时每降低1℃增加40kW: highTempIdx = temp > 22; lowTempIdx = temp < 16; tempEffect(highTempIdx) = 60*(temp(highTempIdx)-22); tempEffect(lowTempIdx) = 40*(16 - temp(lowTempIdx)); 这样可以更早地触发温度补偿,更符合实际空调使用情况。 冷热负荷模型调整: 热负荷可能更多依赖建筑保温,调整alpha系数为25,并增加基础值: heatLoad = 1000 + 25*(baseTemp - temp).^1.5 + 4*windSpeed.*(baseTemp - temp).*(temp < baseTemp); 冷负荷方面,工业园区可能有更多设备散热,提高beta到20,基础值500: coolLoad = 500 + 20*(temp - baseTemp).^1.6 - 2*windSpeed.*(temp - baseTemp).*(temp > baseTemp); 同时,调整风速的影响系数,比如风速对冷负荷的影响更大,因为风可以帮助散热,所以减去更多的负荷。 噪声方面,将电负荷的噪声从80降低到50: electricLoad = baseElectric + tempEffect + 50*randn(totalHours,1); 这样负荷波动更小,更符合工业园区的稳定运行。 最后,检查所有修改后的代码是否会影响其他部分,比如风速平滑后是否需要重新调整随机种子,或者在滤波时是否导致数据长度变化。需要注意MATLAB的滤波函数是否处理边界情况,或者使用'same'选项保持长度不变。 综上,改进后的代码应该在风速连贯性、负荷模板、温度影响和冷热负荷模型上进行调整,以更贴近工业园区的实际情况。</think>我将基于代码逐步说明改进方案,重点提升风速连贯性、负荷真实性和工业园区特性: --- ### **一、风速连贯性改进(应用时间序列滤波)** ```matlab %% 修改风速生成部分(添加滑动平均滤波) windSpeed = 4 - 0.2*(temp - baseTemp) + 1.5*randn(totalHours,1); % 添加5小时滑动平均滤波(保留昼夜周期,平滑随机波动) windSpeed = smoothdata(windSpeed, 'movmean', 5); windSpeed = max(windSpeed, 0); % 风速≥0 ``` **改进说明:** - 使用`smoothdata`函数进行5小时滑动平均,保留昼夜周期特性,同时减少瞬时突变 - 原始白噪声(`randn`)导致风速跳跃,滤波后更贴近自然风的连续性 --- ### **二、工业园区电负荷模型改进** ```matlab %% 修改电负荷模板(体现工业园区特征) % 工作日模板(生产时段高负荷) weekdayPattern = 1200 + ... % 基础负荷 400 * exp(-(hourOfDay-7).^2/(2*3^2)) + ... % 早间爬坡(7点) 600 * (hourOfDay >=8 & hourOfDay <=18) + ... % 生产时段稳定负荷 200 * exp(-(hourOfDay-21).^2/(2*2^2)); % 夜间设备维护 % 节假日模板(仅维持最低运行) weekendPattern = 500 + ... 100 * exp(-(hourOfDay-12).^2/(2*4^2)); % 午间轻微活动 % 温度影响调整(扩大温控范围) highTempIdx = temp > 22; % 高温补偿阈值调整为22℃ lowTempIdx = temp < 16; % 低温补偿阈值调整为16℃ tempEffect(highTempIdx) = 70*(temp(highTempIdx)-22); % 空调负荷增强 tempEffect(lowTempIdx) = 50*(16 - temp(lowTempIdx)); % 采暖负荷增强 % 最终电负荷(降低噪声强度) electricLoad = baseElectric + tempEffect + 50*randn(totalHours,1); % 噪声从80降至50 electricLoad = max(electricLoad, 300); ``` **改进说明:** 1. **生产时段特征**:8:00-18:00持续高负荷(600kW叠加),反映生产线运行 2. **温度响应**:温控范围扩大(22℃↔16℃),补偿系数提高,贴近工业空调需求 3. **噪声优化**:降低随机波动幅度,符合工业设备稳定运行特性 --- ### **三、工业园区冷热负荷改进** ```matlab %% 修改热负荷模型(强化生产余热影响) heatLoad = 1000 + ... % 基础值提高(包含生产余热) 25*(baseTemp - temp).^1.5 + ... % 非线性系数α增大 4*windSpeed.*(baseTemp - temp).*(temp < baseTemp); % 风速影响增强 heatLoad(temp >= baseTemp) = 0; heatLoad = max(heatLoad, 0); %% 修改冷负荷模型(增强设备散热需求) coolLoad = 600 + ... % 基础值提高(工业设备散热) 22*(temp - baseTemp).^1.7 - ... % 指数调整 2.5*windSpeed.*(temp - baseTemp).*(temp > baseTemp); % 风速辅助散热 coolLoad(temp <= baseTemp) = 0; coolLoad = max(coolLoad, 0); ``` **改进说明:** - **热负荷**:基础值提升至1000kW,包含生产设备余热;风速影响系数增至4,强化通风热损失 - **冷负荷**:基础值提升至600kW,反映设备散热需求;风速系数增至2.5,加速自然冷却 --- ### **四、改进效果对比表** | 指标 | 原参数 | 改进后参数 | 工业园特性体现 | |---------------|----------------------|----------------------|------------------------------| | 电负荷基础值 | 1000kW(工作日) | 1200kW+时段叠加 | 生产时段稳定高负荷 | | 冷负荷基础值 | 400kW | 600kW | 设备散热需求 | | 温度响应阈值 | 25℃/10℃ | 22℃/16℃ | 早期温控响应 | | 风速滤波 | 无 | 5小时滑动平均 | 连贯自然风模式 | | 热负荷风速系数| 3 | 4 | 强化建筑通风热损失 | --- ### **五、完整代码整合建议** 1. 将上述修改片段替换原始代码对应部分 2. 调整随机种子(`rng`)后重新生成数据,验证曲线平滑性 3. 使用`plot(time, windSpeed)`等命令可视化风速和负荷曲线,观察是否符合工业园昼夜规律 改进后的模型能更准确地反映工业园区负荷的强生产相关性、设备热惯性特征和温控需求,同时风速变化符合自然规律。
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