【KELM分类】基于哈里斯算法优化核极限学习机HHO-KELM实现数据分类附matlab代码

本文介绍了一种基于哈里斯算法优化的核极限学习机(HHO-KELM),通过哈里斯鹰优化策略改进传统KELM的权重计算,以实现对大规模数据集的更准确和高效的分类。HHO-KELM在处理大量数据时表现出更好的性能和收敛速度。

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⛄ 内容介绍

在机器学习领域,数据分类是一个重要的任务。为了提高分类算法的性能,研究人员一直在不断探索新的方法和技术。核极限学习机(KELM)是一种强大的分类算法,它在处理大规模数据集时表现出色。本文将介绍一种基于哈里斯算法优化的核极限学习机,称为HHO-KELM,以实现更准确和高效的数据分类。

首先,让我们简要了解一下核极限学习机(KELM)。KELM是一种基于极限学习机(ELM)的分类算法,它使用核函数来处理非线性分类问题。ELM是一种单层前馈神经网络,它以随机方式初始化输入层到隐藏层的连接权重,并通过最小二乘法来计算输出层到隐藏层的权重。KELM通过引入核函数,可以将ELM扩展到非线性分类问题。

然而,传统的KELM算法在处理大规模数据集时存在一些问题。由于KELM需要计算输入数据与隐藏层神经元之间的权重,当数据集非常庞大时,计算复杂度会显著增加。为了解决这个问题,研究人员提出了一种基于哈里斯算法的优化方法,即HHO-KELM。

哈里斯算法是一种基于自然进化的优化算法,它模拟了自然界中物种的进化过程。在HHO-KELM中,哈里斯算法被用来优化KELM中的权重计算过程。通过引入哈里斯算法,HHO-KELM能够更快地找到最优的权重,并且在处理大规模数据集时具有更好的性能。

HHO-KELM的基本思想是通过迭代地更新权重来最小化预测误差。在每次迭代中,哈里斯算法根据适应度函数对权重进行调整,并根据优化目标来更新权重。通过不断迭代,HHO-KELM能够逐渐优化权重,从而实现更准确和高效的数据分类。

实验结果表明,HHO-KELM在处理大规模数据集时具有显著优势。与传统的KELM算法相比,HHO-KELM能够更快地收敛,并且在准确性上表现更好。这使得HHO-KELM成为处理大规模数据分类问题的有力工具。

总结起来,基于哈里斯算法优化的核极限学习机HHO-KELM是一种强大的数据分类算法。它通过引入哈里斯算法来优化KELM中的权重计算过程,从而实现更准确和高效的数据分类。未来,我们可以进一步研究和改进HHO-KELM算法,以适应更复杂和多样化的数据分类任务。

⛄ 核心代码

% Developed in MATLAB R2013b% Source codes demo version 1.0% _____________________________________________________% Main paper:% Harris hawks optimization: Algorithm and applications% Ali Asghar Heidari, Seyedali Mirjalili, Hossam Faris, Ibrahim Aljarah, Majdi Mafarja, Huiling Chen% Future Generation Computer Systems, % DOI: https://doi.org/10.1016/j.future.2019.02.028% https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167739X18313530% _____________________________________________________% You can run the HHO code online at codeocean.com  https://doi.org/10.24433/CO.1455672.v1% You can find the HHO code at https://github.com/aliasghar68/Harris-hawks-optimization-Algorithm-and-applications-.git% _____________________________________________________%  Author, inventor and programmer: Ali Asghar Heidari,%  PhD research intern, Department of Computer Science, School of Computing, National University of Singapore, Singapore%  Exceptionally Talented Ph. DC funded by Iran's National Elites Foundation (INEF), University of Tehran%  03-03-2019%  Researchgate: https://www.researchgate.net/profile/Ali_Asghar_Heidari%  e-Mail: as_heidari@ut.ac.ir, aliasghar68@gmail.com,%  e-Mail (Singapore): aliasgha@comp.nus.edu.sg, t0917038@u.nus.edu% _____________________________________________________%  Co-author and Advisor: Seyedali Mirjalili%%         e-Mail: ali.mirjalili@gmail.com%                 seyedali.mirjalili@griffithuni.edu.au%%       Homepage: http://www.alimirjalili.com% _____________________________________________________%  Co-authors: Hossam Faris, Ibrahim Aljarah, Majdi Mafarja, and Hui-Ling Chen%       Homepage: http://www.evo-ml.com/2019/03/02/hho/% _____________________________________________________%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Harris's hawk optimizer: In this algorithm, Harris' hawks try to catch the rabbit.% T: maximum iterations, N: populatoin size, CNVG: Convergence curve% To run HHO: [Rabbit_Energy,Rabbit_Location,CNVG]=HHO(N,T,lb,ub,dim,fobj)function [Rabbit_Energy,Rabbit_Location,CNVG]=HHO(N,T,lb,ub,dim,fobj)disp('HHO is now tackling your problem')tic% initialize the location and Energy of the rabbitRabbit_Location=zeros(1,dim);Rabbit_Energy=inf;%Initialize the locations of Harris' hawksX=initialization(N,dim,ub,lb);CNVG=zeros(1,T);t=0; % Loop counterwhile t<T    for i=1:size(X,1)        % Check boundries        FU=X(i,:)>ub;FL=X(i,:)<lb;X(i,:)=(X(i,:).*(~(FU+FL)))+ub.*FU+lb.*FL;        % fitness of locations        fitness=fobj(X(i,:));        % Update the location of Rabbit        if fitness<Rabbit_Energy            Rabbit_Energy=fitness;            Rabbit_Location=X(i,:);        end    end        E1=2*(1-(t/T)); % factor to show the decreaing energy of rabbit    % Update the location of Harris' hawks    for i=1:size(X,1)        E0=2*rand()-1; %-1<E0<1        Escaping_Energy=E1*(E0);  % escaping energy of rabbit                if abs(Escaping_Energy)>=1            %% Exploration:            % Harris' hawks perch randomly based on 2 strategy:                        q=rand();            rand_Hawk_index = floor(N*rand()+1);            X_rand = X(rand_Hawk_index, :);            if q<0.5                % perch based on other family members                X(i,:)=X_rand-rand()*abs(X_rand-2*rand()*X(i,:));            elseif q>=0.5                % perch on a random tall tree (random site inside group's home range)                X(i,:)=(Rabbit_Location(1,:)-mean(X))-rand()*((ub-lb)*rand+lb);            end                    elseif abs(Escaping_Energy)<1            %% Exploitation:            % Attacking the rabbit using 4 strategies regarding the behavior of the rabbit                        %% phase 1: surprise pounce (seven kills)            % surprise pounce (seven kills): multiple, short rapid dives by different hawks                        r=rand(); % probablity of each event                        if r>=0.5 && abs(Escaping_Energy)<0.5 % Hard besiege                X(i,:)=(Rabbit_Location)-Escaping_Energy*abs(Rabbit_Location-X(i,:));            end                        if r>=0.5 && abs(Escaping_Energy)>=0.5  % Soft besiege                Jump_strength=2*(1-rand()); % random jump strength of the rabbit                X(i,:)=(Rabbit_Location-X(i,:))-Escaping_Energy*abs(Jump_strength*Rabbit_Location-X(i,:));            end                        %% phase 2: performing team rapid dives (leapfrog movements)            if r<0.5 && abs(Escaping_Energy)>=0.5, % Soft besiege % rabbit try to escape by many zigzag deceptive motions                                Jump_strength=2*(1-rand());                X1=Rabbit_Location-Escaping_Energy*abs(Jump_strength*Rabbit_Location-X(i,:));                                if fobj(X1)<fobj(X(i,:)) % improved move?                    X(i,:)=X1;                else % hawks perform levy-based short rapid dives around the rabbit                    X2=Rabbit_Location-Escaping_Energy*abs(Jump_strength*Rabbit_Location-X(i,:))+rand(1,dim).*Levy(dim);                    if (fobj(X2)<fobj(X(i,:))), % improved move?                        X(i,:)=X2;                    end                end            end                        if r<0.5 && abs(Escaping_Energy)<0.5, % Hard besiege % rabbit try to escape by many zigzag deceptive motions                % hawks try to decrease their average location with the rabbit                Jump_strength=2*(1-rand());                X1=Rabbit_Location-Escaping_Energy*abs(Jump_strength*Rabbit_Location-mean(X));                                if fobj(X1)<fobj(X(i,:)) % improved move?                    X(i,:)=X1;                else % Perform levy-based short rapid dives around the rabbit                    X2=Rabbit_Location-Escaping_Energy*abs(Jump_strength*Rabbit_Location-mean(X))+rand(1,dim).*Levy(dim);                    if (fobj(X2)<fobj(X(i,:))), % improved move?                        X(i,:)=X2;                    end                end            end            %%        end    end    t=t+1;    CNVG(t)=Rabbit_Energy;%    Print the progress every 100 iterations%    if mod(t,100)==0%        display(['At iteration ', num2str(t), ' the best fitness is ', num2str(Rabbit_Energy)]);%    endendtocend% ___________________________________function o=Levy(d)beta=1.5;sigma=(gamma(1+beta)*sin(pi*beta/2)/(gamma((1+beta)/2)*beta*2^((beta-1)/2)))^(1/beta);u=randn(1,d)*sigma;v=randn(1,d);step=u./abs(v).^(1/beta);o=step;end

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1] 吴丁杰,温立书.一种基于哈里斯鹰算法优化的核极限学习机[J].信息通信, 2021(034-011).

[2] 何敏,刘建伟,胡久松.遗传优化核极限学习机的数据分类算法[J].传感器与微系统, 2017, 36(10):3.DOI:10.13873/J.1000-9787(2017)10-0141-03.

[3] 李永贞,樊永显,杨辉华.KELMPSP:基于核极限学习机的假尿苷修饰位点识别[J].中国生物化学与分子生物学报, 2018, 34(7):9.DOI:CNKI:SUN:SWHZ.0.2018-07-014.

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内容概要:本文档详细介绍了一个基于混合策略改进的鲸鱼优化算法(GSWOA)优化核极限学习机KELM)进行数据回归预测的项目实例。项目旨在通过优化KELM的核函数参数和正则化参数,提升回归模型的预测性能和泛化能力。文中首先介绍了项目背景和意义,强调了KELM在回归任务中的优势以及传统参数选择方法的局限性。接着阐述了GSWOA的设计原理及其相对于基本WOA的改进之处,如引入多种搜索机制、自适应参数调控等。随后展示了具体的项目架构,包括数据预处理、模型训练、参数优化及预测评估等模块,并提供了详细的代码实现。此外,文档还讨论了项目面临的主要挑战及相应的解决方案,如高维参数空间搜索难度大、模型过拟合风险等问题。最后,列举了该系统的潜在应用场景,如工业过程控制、金融风险预测、能源负荷预测等领域。 适合人群:具备一定机器学习基础的研发人员,尤其是对智能优化算法和回归预测感兴趣的从业者。 使用场景及目标:①通过混合策略改进的鲸鱼优化算法优化核极限学习机的参数,提升回归模型的预测性能和泛化能力;②解决传统参数选择方法存在的计算代价高、易陷入局部最优等问题;③应用于工业过程控制、金融风险预测、能源负荷预测等多个领域,提供强有力的回归预测技术支持。 其他说明:项目不仅实现了理论与工程的高效结合,还为复杂非线性回归问题提供了一条性能卓越、适用广泛的解决路径。其技术成果和工程经验具备较高的推广价值和应用潜力,具备推动智能优化与机器学习领域进步的重要意义。文档中带了完整的代码实现和GUI设计,方便用户直接应用并验证模型效果。
内容概要:本文档详细介绍了使用Matlab实现粒子群优化算法(PSO)优化核极限学习机KELM分类预测的项目实例。项目背景强调了PSO和KELM结合的优势,如高效全局优化、快速训练速度和高维数据处理能力。文档阐述了项目的目标,包括提升分类精度、降低计算复杂度、处理高维数据、提供优化算法参考、推动人工智能应用发展和提升模型稳定性。针对复杂数据集、核函数参数选择、PSO局部最优、大规模数据处理、收敛性、多目标优化和模型过拟合等问题,提出了相应的解决方案。项目特点包括高效的全局优化、快速的训练速度、优化核函数选择、高维数据处理能力、改进的PSO算法、应对噪声数据的鲁棒性和自动化参数选择。应用领域涵盖了图像分类、语音识别、金融预测、医学诊断、文本分类、机器人控制、自动化检测和智能交通系统。文档最后提供了详细的模型架构描述和代码示例,展示了PSO-KELM实现过程。; 适合人群:具备一定编程基础,特别是熟悉Matlab和机器学习基础知识的研发人员和学生。; 使用场景及目标:①通过PSO优化KELM的核函数参数,提升分类精度和模型稳定性;②降低计算复杂度,尤其在处理高维数据时;③解决核函数参数选择难题,提供优化算法的参考;④应用于图像分类、语音识别、金融预测、医学诊断等多个领域。; 阅读建议:此资源不仅提供了详细的理论解释,还包含了完整的代码示例,建议读者结合实际案例进行实践,并调试代码,深入理解PSO和KELM的工作原理及其在实际应用中的优势。
内容概要:本文介绍了基于北方苍鹰算法(NGO)优化核极限学习机KELM)的分类预测项目,旨在提高KELM分类任务中的性能。项目通过模拟苍鹰的捕猎行为优化KELM的核函数和超参数,解决了传统优化算法易陷入局部最优解的问题,提高了计算效率和模型的鲁棒性。文章详细描述了项目背景、目标、挑战及解决方案,展示了NGO算法优化KELM中的优势,包括高效的全局搜索、计算效率提升、适应复杂数据的能力等。此外,项目在金融、医疗、图像识别、自然语言处理和社会媒体分析等多个领域有广泛应用,并提供了具体的模型架构和代码示例,包括数据预处理、NGO算法实现KELM模型训练及优化与评估。 适合人群:具备一定机器学习和编程基础的研发人员,尤其是对优化算法分类模型感兴趣的工程师和研究人员。 使用场景及目标:①通过优化KELM的核函数和超参数,提高分类精度和鲁棒性;②克服传统优化算法的局限性,避免局部最优解;③提升计算效率,适应大规模数据集的处理需求;④为金融、医疗、图像识别等领域提供智能化的分类预测解决方案。 其他说明:本文不仅提供了理论上的优化思路,还给出了详细的代码实现和模型架构,便于读者理解和实践。建议读者在学习过程中结合实际数据进行实验,并根据具体应用场景调整参数,以获得更好的分类效果。
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