基于核函数及参数优化的KPLS质量预测研究
2021年电子技术应用第12期
陈 路,郑 丹,童楚东
宁波大学 信息科学与工程学院,浙江 宁波315211
摘要: 核偏最小二乘(KPLS)在工业过程监测和质量预测中得到了广泛的应用,核函数和核参数的选取对KPLS质量预测结果有重要影响。然而,如何选择核函数类型和核参数一直是该方法应用的瓶颈。针对以上问题,提出一种改进遗传算法的核函数优化方法。该方法将核的种类及核参数作为优化的决策变量,以均方根误差为目标,分别从编码方案、遗传策略、适应度函数优化、交叉和变异算法等方面进行设计,以保证核函数种类的多样性,利用2折交叉验证法对训练结果进行验证。以田纳西-伊斯曼过程(TE)与MATLAB结合进行仿真实验,仿真结果表明,该方法能寻找到最优核函数以及其核参数,具有很好的稳定性和一致性。
中图分类号: TN081;TP277
文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.201259
中文引用格式: 陈路,郑丹,童楚东. 基于核函数及参数优化的KPLS质量预测研究[J].电子技术应用,2021,47(12):100-104.
英文引用格式: Chen Lu,Zheng Dan,Tong Chudong. The optimization of the kind and parameters of kernel function in KPLS for quality prediction[J]. Application of Electronic Technique,2021,47(12):100-104.
文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.201259
中文引用格式: 陈路,郑丹,童楚东. 基于核函数及参数优化的KPLS质量预测研究[J].电子技术应用,2021,47(12):100-104.
英文引用格式: Chen Lu,Zheng Dan,Tong Chudong. The optimization of the kind and parameters of kernel function in KPLS for quality prediction[J]. Application of Electronic Technique,2021,47(12):100-104.
The optimization of the kind and parameters of kernel function in KPLS for quality prediction
Chen Lu,Zheng Dan,Tong Chudong
Faculty of Electrical Engineering and Computer Science,Ningbo University,Ningbo 315211,China
Abstract: Kernel partial least squares(KPLS) has been widely used in industrial process monitoring and quality prediction. The choice of kernel function and kernel parameters has an important impact on the KPLS quality prediction results. However, how to choose the kernel function type and kernel parameters has always been the bottleneck of the application of this method. To solve the above problems, a kernel function optimization method based on improved genetic algorithm is proposed. In this method, the kernel type and kernel parameters are used as the optimal decision variables, and the root mean square error is targeted. It is designed in terms of coding scheme, genetic strategy, fitness function optimization, crossover and mutation algorithms to ensure the variety of kernel functions, and uses the 2-fold cross-validation method to verify the training results. The Tennessee-Eastman Process(TE) is combined with MATLAB for simulation experiments. The simulation results show that the method can find the optimal kernel function and its kernel parameters, and has good stability and consistency.
Key words : kernel partial least squares;genetic algorithm;quality prediction;k-fold cross-validation
0 引言
质量预测与分析是实现工业过程闭环控制的基础和关键[1]。基于KPLS的方法可以提高质量预测精度,许多研究人员以KPLS方法为基石,提出了许多解决非线性问题的方法[1-8]。
核函数是KPLS方法的关键,而KPLS选择核函数并不是任意的,必须要满足Mercer定理。特定的内核函数选择隐含地决定了映射和特征空间。在KPLS中,由于提取系统非线性特征的程度是基于核函数的,因此核函数的选择是最重要的。如何给基于KPLS的质量预测选择理想的核函数和核参数是一个开放的问题[9-10]。而且,一旦设置了核函数,就需要设置适当的核参数。但是,没有一个理论框架能寻找到指定核函数的参数最最优值,也就是说基于KPLS的质量预测很大程度上取决于选择的核函数和核参数。
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作者信息:
陈 路,郑 丹,童楚东
(宁波大学 信息科学与工程学院,浙江 宁波315211)
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