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        基于GA—灰色波形預(yù)測模型的白洋淀天然入淀水量

        2017-10-24 16:51:47任旺徐國賓
        南水北調(diào)與水利科技 2017年5期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化模型

        任旺 徐國賓

        摘要:白洋淀天然入淀水量在長期的時間序列上有著豐、枯水期交替演化的規(guī)律,灰色波形模型適用于這一規(guī)律發(fā)展趨勢的研究。通過遺傳算法(GA)對灰色一階模型(GM(1,1))的迭代基值α與背景值系數(shù)β進(jìn)行優(yōu)化,利用遺傳算法收斂效率高,選擇范圍廣的優(yōu)點,建立了以GA-GM(1,1)群為基礎(chǔ)的GA-灰色波形模型,對白洋淀天然入淀水量趨勢進(jìn)行研究。最終得出結(jié)論:Gh-灰色波形模型不僅在信息序列的擬合上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)灰色波形模型,且GA-灰色波形模型能更好的抓住信息序列發(fā)展特點,更為準(zhǔn)確的預(yù)測白洋淀天然入淀水量演化規(guī)律。說明用GA-灰色波形模型進(jìn)行白洋淀天然入淀水量研究是可行的,也為研究湖泊水資源量變化提供了一種新思路。

        關(guān)鍵詞:天然水量預(yù)測;遺傳算法(GA);灰色波形模型;GA-GM(1,1)模型;白洋淀

        中圖分類號:TV213;TV211 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-1683(2017) 05-0009-06

        白洋淀天然入淀水量年際變化較大,呈明顯的枯水期、豐水期交替演化規(guī)律,研究白洋淀年天然入淀水量枯、豐水期變化規(guī)律對該地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和流域部門科學(xué)調(diào)水都有深遠(yuǎn)意義。

        鄧聚龍教授于20世紀(jì)80年代創(chuàng)立灰色系統(tǒng)理論,該理論通過提煉灰色系統(tǒng)中的已知信息,找到系統(tǒng)的演化規(guī)律?;疑ㄐ文P徒⒃贕M(1,1)模型群的基礎(chǔ)上,多用于振蕩序列的預(yù)測。而GM(1,1)模型在建模參數(shù)的選取上還存在不足,近年來國內(nèi)外學(xué)者對灰色系統(tǒng)做了大量研究,國內(nèi)學(xué)者的研究主要以模型的優(yōu)化改進(jìn)為主,國外學(xué)者的研究多集中于灰色系統(tǒng)的應(yīng)用。研究表明,影響GM(1,1)模型精度的主要因素是迭代基值和背景值系數(shù)。以往的優(yōu)化多針對其中一點,而這兩因素微小的變動就會使預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生偏移。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,河流天然徑流量短期內(nèi)有偶然性,但從長期的水文資料來看呈周期變化。白洋淀的天然入淀流量主要由入淀河流徑流量決定,也有周期性變化特征,長期的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中蘊含著大量信息。本文利用遺傳算法收斂好,穩(wěn)定高的特點同時對影響灰色模型精度的兩個影響因素尋優(yōu),建立GA-灰色波形模型探究GA-GM(1,1)優(yōu)化群模型在波形預(yù)測中的精度,分析白洋淀天然入淀水量趨勢。

        1遺傳算法優(yōu)化的灰色波形模型

        1.1 GA-GM (1,1)優(yōu)化模型

        GM(1,1)模型是應(yīng)用最廣泛的灰色預(yù)測模型,它將灰量累加,增強了數(shù)據(jù)的規(guī)律性,將系統(tǒng)看成隨時間變化的類指數(shù)函數(shù),擬合函數(shù)預(yù)測未知數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)GM(1,1)模型將迭代基值α指定為x(0)(k),將背景值系數(shù)β指定為0.5。研究表明這樣指定不合理,影響模型的擬合精度,使擬合序列產(chǎn)生偏移,應(yīng)對這兩個參數(shù)尋優(yōu)。

        遺傳算法是一種選擇進(jìn)化算法,模擬自然界物種選擇和遺傳的機理迭代尋優(yōu)。文獻(xiàn)中對背景值系數(shù)逐次疊加0.001再用最小二乘估計計算迭代基值固然可取,但過于機械,計算緩慢。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)GM(1,1)信息序列數(shù)據(jù)過多時,背景值系數(shù)萬分之一的變動都會對擬合精度造成很大影響??衫眠z傳算法優(yōu)化高效,參數(shù)選擇范圍廣的優(yōu)勢與GM(1,1)結(jié)合,將GM(1,1)生成的擬合序列與信息序列總的相對誤差作為適應(yīng)度函數(shù),以迭代基值α與背景值系數(shù)β作為染色體。優(yōu)化過程見圖1。endprint

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