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专利号: 2016103302731
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种改进的极限学习机的火灾种类识别方法,其特征在于:所述识别方法包括如下步骤:步骤1:用一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、温度传感器、烟雾传感器、电流传感器采集各种可燃物在燃烧初期一些特征值;一个样本集合表示为P={p1,p2,p3,p4,p5,yi},p1,p2,p3,p4,p5分别表示各传感器检测到的数据,yi,i=1,2···n表示可燃物种类;

步骤2:将每个样本的特征值都归一化到[-1,1]区间,同时对可燃物类型进行编码,过程如下:h=1,···,5,xh为归一化后的值,pmax为5个传感器中最大的值,pmin为5个传感器中最小的值;

不同可燃物表示为:Y1=[1,0,0···,0],Y2=[0,1,0,···,0],......,Yn=[0,0,

0,···,1]分别表示第一类可燃物,第二类可燃物,.......,第n类可燃物;

步骤3:初始化ELM网络模型和POS粒子群参数,过程如下:

3.1.确定ELM网络输入层、隐含层、输出层节点个数和隐含层的传输函数,输入层节点数为样本特征数,隐含层节点个数为L=2*m+1,m为输入层节点数,输出层节点数为待区分的可燃物类型数;

3.2.初始化粒子群算法各类参数,包括种群大小K,加速因子c1,c2,惯性权重w,随机数r1,r2,粒子位置搜索范围[amin,amax],速度搜索范围[Vmin,Vmax];

3.3.初始化输入层与隐含层之间的连接权值ω,隐含层的阈值b;

步骤4:根据训练样本和步骤3确定的初始参数计算每个种群的适应度值,过程如下:

4.1.由训练样本和设定的网络参数得到ELM网络的输出为:

其中,xj表示第j个样本的输入值,j=1,2···N,N表示样本总数,tj为第j个样本的输出值,βi表示隐含层第i个节点与输出层之间的连接权值,ωi表示输入层与隐含层第i个节点之间的连接权值,bi为隐含层第i个节点的阈值,当激励函数为g(x),含一个隐含层神经元节点的前馈神经网络以零误差逼近N个训练样本时,存在β,ω,b使得简化得Hβ=Y,从而解得输出权值β=H+Y,H为隐含层输出矩阵,Y为期望输出矩阵,H+为隐含层输出矩阵的Moore-Penrose广义逆;

4.2.计算Hβ=T,然后比较计算所得T与期望输出Y,统计分类错误总个数MisClassication,则适应度

步骤5:确定最大迭代数,用粒子群算法寻找使fitness最小的β,过程如下:

5.1.对粒子速度和位置进行更新:

其中w=wmax-(wmax-wmin)·t/tmax,t为当前迭代次数,wmax为最大惯性权重,wmin为最小惯性权重,tmax为最大迭代次数, 为个体最优值, 为种群最优值,βkd(t)为当前粒子值,下标k表示第k个粒子,k=1,2···K,d表示粒子的第d维;

βkd(t+1)=βkd(t)+Vkd(t+1)

5.2.判断更新后的Vkd,βkd是否超过规定的范围,若Vkd>Vmax,则Vkd=Vmax,若Vkd<Vmin,则Vkd=Vmin;

若βkd>βmax,则βkd=βmax,若βkd<βmin,则βkd=βmin;

5.3.把目前得到的新位置βkd根据步骤4.2计算得到新的fitness,然后进行个体最优更新,如果当前适应度fkd<fkbest,则fkbest=fkd, fkd为当前适应度值,fkbest为个体最优适应度值;

5.4.进行群体最优值更新,如果fkd<fgd,则fgd=fkd, 其中fgd为全局最优适应度值;

5.5.判断是否满足最大迭代次数或最小误差精度,若不满足,跳转到5.1,继续迭代,否则迭代结束,算法最终优化结果 即为ELM网络隐含层和输出层之间最优权值β;

步骤6:利用步骤5训练得到的β构造一个完整的ELM网络进行识别可燃物类型,若现在传感器采集到一个新样本z=[z1,z2,z3,z4,z5],对其进行归一化后输入ELM网络便得到一个输出Y=[q1,q2,···,qn],根据步骤2中对可燃物的编码规则,若输出矩阵中qi最大,则就表示发生火灾的是第i类可燃物。

2.如权利要求1所述的一种改进的极限学习机的火灾种类识别方法,其特征在于:所述步骤4.1中,激励函数g(x)为Sigmoid函数。

3.如权利要求1或2所述的一种改进的极限学习机的火灾种类识别方法,其特征在于:所述步骤4.1中,求解β的方法为最小二乘法。