分类预测|基于GWO灰狼优化K近邻KNN的数据分类预测Matlab程序 多特征输入多类别输出GWO-KNN

文章目录

  • 一、基本原理
      • 原理
      • 流程
      • 总结
  • 二、实验结果
  • 三、核心代码
  • 四、代码获取
  • 五、总结

一、基本原理

灰狼优化(GWO,Grey Wolf Optimization)是一种基于灰狼社会行为的优化算法,常用于解决各种优化问题。将GWO应用于K近邻(KNN,K-Nearest Neighbors)分类的过程主要分为几个步骤。以下是详细的原理和流程:

原理

  1. 灰狼的社会结构

    • 灰狼社会由阿尔法狼、贝塔狼、德尔塔狼和欧米伽狼组成。阿尔法狼是领导者,负责决策,贝塔狼辅助阿尔法,德尔塔狼负责协助和监控,欧米伽狼则处于社会结构的底层。
  2. 猎物的搜索机制

    • 在GWO中,狼群通过模拟猎物捕捉的过程进行搜索。狼群通过随机性和相互之间的合作来探索解空间。
  3. 适应度评估

    • 在KNN分类中,适应度函数通常基于分类准确率来评估解的优劣。目标是找到最佳的K值及特征选择,以提高分类性能。

流程

  1. 初始化参数

    • 设定灰狼的数量、迭代次数、K值范围等参数。
  2. 特征选择和K值优化

    • 在每次迭代中,随机生成灰狼的位置,表示不同的特征选择和K值组合。
    • 计算每个组合的分类准确率,作为适应度值。
  3. 更新位置

    • 根据适应度值,识别出阿尔法狼、贝塔狼和德尔塔狼。
    • 更新其他狼的位置,模拟社会行为:
      • 围捕猎物:通过计算当前狼和最优狼的位置,调整其位置,公式通常基于狼与猎物的距离。
      • 使用以下公式:
        [
        D = |C \cdot X_{p} - X|
        ]
        [
        X_{new} = X_{p} - A \cdot D
        ]
        其中,(X_{p})是猎物的位置,(C)和(A)是系数,影响搜索行为。
  4. 迭代优化

    • 重复特征选择和K值优化,更新狼的位置,直到达到停止条件(如达到最大迭代次数或适应度无明显提升)。
  5. 选择最佳模型

    • 在所有迭代中,记录下最优的K值和特征组合,并使用该组合训练最终的KNN模型。
  6. 模型评估

    • 使用测试集对最终模型进行评估,检查分类准确率和其他指标。

总结

GWO通过模拟灰狼的社会行为和捕猎策略,为KNN分类任务提供了一个有效的优化框架。它能够自动选择最优的K值和特征,提高分类模型的性能。这一过程不仅可以应用于KNN,还可以扩展到其他机器学习算法的优化中。

二、实验结果

在这里插入图片描述

三、核心代码

%%  导入数据
res = xlsread('dataset.xlsx');%%  数据分析
num_size = 0.8;                              % 训练集占数据集比例
outdim = 1;                                  % 最后一列为输出
num_samples = size(res, 1);                  % 样本个数
num_class = length(unique(res(:, end)));     % 类别数(Excel最后一列放类别)
res = res(randperm(num_samples), :);         % 打乱数据集(不希望打乱时,注释该行)
num_train_s = round(num_size * num_samples); % 训练集样本个数
f_ = size(res, 2) - outdim;                  % 输入特征维度%%  划分训练集和测试集
P_train = res(1: num_train_s, 1: f_)';
T_train = res(1: num_train_s, f_ + 1: end)';
M = size(P_train, 2);P_test = res(num_train_s + 1: end, 1: f_)';
T_test = res(num_train_s + 1: end, f_ + 1: end)';
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=ind2vec(T_train);
t_test=ind2vec(T_test);

四、代码获取

五、总结

包括但不限于
优化BP神经网络,深度神经网络DNN,极限学习机ELM,鲁棒极限学习机RELM,核极限学习机KELM,混合核极限学习机HKELM,支持向量机SVR,相关向量机RVM,最小二乘回归PLS,最小二乘支持向量机LSSVM,LightGBM,Xgboost,RBF径向基神经网络,概率神经网络PNN,GRNN,Elman,随机森林RF,卷积神经网络CNN,长短期记忆网络LSTM,BiLSTM,GRU,BiGRU,TCN,BiTCN,CNN-LSTM,TCN-LSTM,BiTCN-BiGRU,LSTM–Attention,VMD–LSTM,PCA–BP等等

用于数据的分类,时序,回归预测。
多特征输入,单输出,多输出

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