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A Study on the Inter-Pretability of Network Attack Prediction Models Based on Light Gradient Boosting Machine(LGBM)and SHapley Additive exPlanations(SHAP)
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作者 Shuqin Zhang Zihao Wang Xinyu Su 《Computers, Materials & Continua》 2025年第6期5781-5809,共29页
The methods of network attacks have become increasingly sophisticated,rendering traditional cybersecurity defense mechanisms insufficient to address novel and complex threats effectively.In recent years,artificial int... The methods of network attacks have become increasingly sophisticated,rendering traditional cybersecurity defense mechanisms insufficient to address novel and complex threats effectively.In recent years,artificial intelligence has achieved significant progress in the field of network security.However,many challenges and issues remain,particularly regarding the interpretability of deep learning and ensemble learning algorithms.To address the challenge of enhancing the interpretability of network attack prediction models,this paper proposes a method that combines Light Gradient Boosting Machine(LGBM)and SHapley Additive exPlanations(SHAP).LGBM is employed to model anomalous fluctuations in various network indicators,enabling the rapid and accurate identification and prediction of potential network attack types,thereby facilitating the implementation of timely defense measures,the model achieved an accuracy of 0.977,precision of 0.985,recall of 0.975,and an F1 score of 0.979,demonstrating better performance compared to other models in the domain of network attack prediction.SHAP is utilized to analyze the black-box decision-making process of the model,providing interpretability by quantifying the contribution of each feature to the prediction results and elucidating the relationships between features.The experimental results demonstrate that the network attack predictionmodel based on LGBM exhibits superior accuracy and outstanding predictive capabilities.Moreover,the SHAP-based interpretability analysis significantly improves the model’s transparency and interpretability. 展开更多
关键词 Artificial intelligence network attack prediction light gradient boosting machine(LGBM) SHapley Additive exPlanations(SHAP) INTERPRETABILITY
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Prediction of the first 2^(+) states properties for atomic nuclei using light gradient boosting machine
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作者 Hui Liu Xin-Xiang Li +2 位作者 Yun Yuan Wen Luo Yi Xu 《Nuclear Science and Techniques》 2025年第2期95-102,共8页
The first 2^(+)excited states of the nucleus directly reflect the interaction between the shell structure and the nucleus,providing insights into the validity of the shell model and nuclear structure characteristics.A... The first 2^(+)excited states of the nucleus directly reflect the interaction between the shell structure and the nucleus,providing insights into the validity of the shell model and nuclear structure characteristics.Although the features of the first 2^(+)excited states can be measured for stable nuclei and calculated using nuclear models,significant uncertainty remains.This study employs a machine learning model based on a light gradient boosting machine(LightGBM)to investigate the first 2^(+)excited states.Specifically,the training of the LightGBM algorithm and the prediction of the first 2^(+)properties of 642 nuclei are presented.Furthermore,detailed comparisons of the LightGBM predictions were performed with available experimental data,shell model calculations,and Bayesian neural network predictions.The results revealed that the average difference between the LightGBM predictions and the experimental data was 18 times smaller than that obtained by the shell model and only 70%of the BNN prediction results.Considering Mg,Ca,Kr,Sm,and Pb isotopes as examples,it was also observed that LightGBM can effectively reproduce the magic number mutation caused by shell effects,with the energy being as low as 0.04 MeV due to shape coexistence.Therefore,we believe that leveraging LightGBM-based machine learning can profoundly enhance our insights into nuclear structures and provide new avenues for nuclear physics research. 展开更多
关键词 First 2^(+) state Nuclear levels light gradient boosting machine
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A Hybrid Ensemble Learning Approach Utilizing Light Gradient Boosting Machine and Category Boosting Model for Lifestyle-Based Prediction of Type-II Diabetes Mellitus 被引量:1
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作者 Mahadi Nagassou Ronald Waweru Mwangi Euna Nyarige 《Journal of Data Analysis and Information Processing》 2023年第4期480-511,共32页
Addressing classification and prediction challenges, tree ensemble models have gained significant importance. Boosting ensemble techniques are commonly employed for forecasting Type-II diabetes mellitus. Light Gradien... Addressing classification and prediction challenges, tree ensemble models have gained significant importance. Boosting ensemble techniques are commonly employed for forecasting Type-II diabetes mellitus. Light Gradient Boosting Machine (LightGBM) is a widely used algorithm known for its leaf growth strategy, loss reduction, and enhanced training precision. However, LightGBM is prone to overfitting. In contrast, CatBoost utilizes balanced base predictors known as decision tables, which mitigate overfitting risks and significantly improve testing time efficiency. CatBoost’s algorithm structure counteracts gradient boosting biases and incorporates an overfitting detector to stop training early. This study focuses on developing a hybrid model that combines LightGBM and CatBoost to minimize overfitting and improve accuracy by reducing variance. For the purpose of finding the best hyperparameters to use with the underlying learners, the Bayesian hyperparameter optimization method is used. By fine-tuning the regularization parameter values, the hybrid model effectively reduces variance (overfitting). Comparative evaluation against LightGBM, CatBoost, XGBoost, Decision Tree, Random Forest, AdaBoost, and GBM algorithms demonstrates that the hybrid model has the best F1-score (99.37%), recall (99.25%), and accuracy (99.37%). Consequently, the proposed framework holds promise for early diabetes prediction in the healthcare industry and exhibits potential applicability to other datasets sharing similarities with diabetes. 展开更多
关键词 boosting Ensemble Learning Category boosting light gradient boosting machine
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Light gradient boosting machine with optimized hyperparameters for identification of malicious access in IoT network
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作者 Debasmita Mishra Bighnaraj Naik +3 位作者 Janmenjoy Nayak Alireza Souri Pandit Byomakesha Dash S.Vimal 《Digital Communications and Networks》 SCIE CSCD 2023年第1期125-137,共13页
In this paper,an advanced and optimized Light Gradient Boosting Machine(LGBM)technique is proposed to identify the intrusive activities in the Internet of Things(IoT)network.The followings are the major contributions:... In this paper,an advanced and optimized Light Gradient Boosting Machine(LGBM)technique is proposed to identify the intrusive activities in the Internet of Things(IoT)network.The followings are the major contributions:i)An optimized LGBM model has been developed for the identification of malicious IoT activities in the IoT network;ii)An efficient evolutionary optimization approach has been adopted for finding the optimal set of hyper-parameters of LGBM for the projected problem.Here,a Genetic Algorithm(GA)with k-way tournament selection and uniform crossover operation is used for efficient exploration of hyper-parameter search space;iii)Finally,the performance of the proposed model is evaluated using state-of-the-art ensemble learning and machine learning-based model to achieve overall generalized performance and efficiency.Simulation outcomes reveal that the proposed approach is superior to other considered methods and proves to be a robust approach to intrusion detection in an IoT environment. 展开更多
关键词 IoT security Ensemble method light gradient boosting machine machine learning Intrusion detection
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Coal Rock Condition Detection Model Using Acoustic Emission and Light Gradient Boosting Machine
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作者 Jing Li Yong Yang +2 位作者 Hongmei Ge Li Zhao Ruxue Guo 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2020年第4期151-162,共12页
Coal rock mass instability fracture may result in serious hazards to underground coal mining.Acoustic emissions(AE)stimulated by internal structure fracture should carry lots of favorable information about health cond... Coal rock mass instability fracture may result in serious hazards to underground coal mining.Acoustic emissions(AE)stimulated by internal structure fracture should carry lots of favorable information about health condition of rock mass.AE as a sensitive non-destructive test method is gradually utilized to detect anomaly conditions of coal rock.This paper proposes an improved multi-resolution feature to extract AE waveform at different frequency resolutions using Coilflet Wavelet Transform method(CWT).It is further adopt an efficient Light Gradient Boosting Machine(LightGBM)by several cascaded sub weak classifier models to merge AE features at different views of frequency for coal rock anomaly damage recognition.The results denote that the proposed method achieves excellent recognition performance on anomaly damage levels of coal rock.It is an effective method to detect the critical stability further to predict the rock mass bursting in time. 展开更多
关键词 Acoustic emission light gradient boosting machine coal rock stability
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基于IWOA-LightGBM模型的矿用挖掘机发动机故障诊断研究 被引量:1
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作者 顾清华 白书宇 王丹 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第9期184-191,共8页
针对矿用挖掘机发动机故障类别不均衡,导致故障诊断精度不高的问题,提出了一种改进的鲸鱼算法(WOA)优化轻量级梯度提升机(LightGBM)的矿用挖掘机发动机智能故障诊断方法。首先,利用递归特征交叉验证消除法(RFECV)对采集的挖掘机发动机... 针对矿用挖掘机发动机故障类别不均衡,导致故障诊断精度不高的问题,提出了一种改进的鲸鱼算法(WOA)优化轻量级梯度提升机(LightGBM)的矿用挖掘机发动机智能故障诊断方法。首先,利用递归特征交叉验证消除法(RFECV)对采集的挖掘机发动机故障数据的特征进行提取,删除不相关的特征。其次,采用Focal-Loss改进LightGBM的损失函数,提出一种改进的WOA对LightGBM的超参数寻优,构建新的诊断模型。最后,利用某矿山挖掘机发动机故障数据进行验证,并与常见的集成模型、调优框架和诊断算法进行对比分析。结果表明:所提出的矿用挖掘机发动机故障诊断模型IWOA-LightGBM的准确率和F1分数分别为98.08%和98.53%,诊断性能较好,可为矿山机械设备的智能诊断提供参考。 展开更多
关键词 矿用挖掘机 发动机 故障诊断 递归特征交叉验证消除法 轻量级梯度提升机 鲸鱼算法
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考虑天气因素的GRA-LightGBM多模式交通流量预测 被引量:1
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作者 王昕 王玥 袁柯楠 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 2025年第3期36-45,共10页
运用数据挖掘技术进行城市交通网络的多模式流量预测及影响因素分析,对于提高交通系统的效率和安全性,支持城市的可持续发展具有重要意义。提出一种基于轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine, LightGBM)的多模式交通流量... 运用数据挖掘技术进行城市交通网络的多模式流量预测及影响因素分析,对于提高交通系统的效率和安全性,支持城市的可持续发展具有重要意义。提出一种基于轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine, LightGBM)的多模式交通流量预测算法。根据历史流量数据及多种天气因素,使用灰色关联分析(grey relation analysis, GRA)和Shapley加性解释(Shapley additive explanation, SHAP)对不同交通模式下的天气特征进行筛选,完成城市交通网络中铁路、公交车等6种模式交通流量的鲁棒性预测。仿真试验结果显示,除民航外,GRA-LightGBM组合模型的预测精度在其余5种交通模式的流量预测中均优于极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)模型、支持向量回归(support vector regression, SVR)模型和差分自回归移动平均(autoregressive integrated moving average, ARIMA)模型,表明GRA-LightGBM组合模型兼具时序感知和天气特征融合能力。 展开更多
关键词 多模式 数据平滑 灰色关联分析 轻量级梯度提升机 交通流量预测
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一种基于EMD-LightGBM模型的地铁隧道盾构姿态预测方法
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作者 冷伍明 吴卓霖 +3 位作者 袁立刚 梁琳 刘涛墨 岳健 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第7期96-107,共12页
针对地铁隧道盾构姿态难以控制的问题,以长春某隧道工程为例,基于现场实测数据,构建了一个融合经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)的盾构姿态预测模型(EMD-L... 针对地铁隧道盾构姿态难以控制的问题,以长春某隧道工程为例,基于现场实测数据,构建了一个融合经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine,LightGBM)的盾构姿态预测模型(EMD-LightGBM)。首先,通过特征重要性和相关性分析筛选原始数据集特征。然后,利用EMD技术将数据分解为多个平稳子序列,并组成新数据集。最后,通过该新数据集拟合训练EMD-LightGBM来实现盾构姿态的预测,并且比较了该模型与单纯的LightGBM及融合EMD的反向传播神经网络(backpropagation neural network,BPNN)的预测效果。通过预测精度和预测稳定性两种评价体系来验证EMD-LightGBM模型的优良性能。结果表明:与LightGBM和EMD-BPNN相比,EMD-LightGBM在盾构姿态偏差预测折线图中的表现最佳,其平均绝对误差(mean absolute error,E MA)和均方根误差(root mean square error,E RMS)最大分别为2.89 mm和4.13 mm,决定系数R 2最小值为0.95;同时,EMD-LightGBM的预测平均绝对误差E MA和均方误差(mean square error,E MS)的95%置信区间最大值分别为3.5 mm与25.6 mm 2,结合其预测值的绝对误差(absolute error,E A)和平方误差(square error,E S)的良好频数分布,都说明了EMD-LightGBM在预测盾构姿态时的高精度和稳定性。研究成果可为类似工程的盾构姿态控制提供一种理论方法。 展开更多
关键词 地铁隧道 盾构 姿态预测 经验模态分解 轻量级梯度提升机
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基于DDPM-LightGBM的电力CPS多标签不平衡虚假数据注入攻击的检测 被引量:1
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作者 李俊颉 高莲 +3 位作者 李鹏 张璇 杨家全 苏适 《昆明理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期49-57,共9页
针对电力信息-物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)数据不平衡导致的多标签虚假数据注入攻击(False Data Injection Attack,FDIA)检测模型精度不高以及数据量大导致检测时间长的问题,提出了一种基于去噪扩散概率模型(Denoising Diffus... 针对电力信息-物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)数据不平衡导致的多标签虚假数据注入攻击(False Data Injection Attack,FDIA)检测模型精度不高以及数据量大导致检测时间长的问题,提出了一种基于去噪扩散概率模型(Denoising Diffusion Probabilistic Models,DDPM)和轻量梯度提升机(Light Gradient Boosting Machine,LightGBM)的FDIA检测模型.利用DDPM模型来生成数据集中不同标签的少数类攻击数据样本,解决数据集平衡问题,通过余弦相似性来对生成的数据的质量进行评价,从而判断数据生成的质量;采用LightGBM算法,通过直方图技术、梯度单边采样技术和互斥特征捆绑技术简化数据和模型复杂度,提升检测速度和精度.以密西西比州立大学和橡树岭国家实验室提供的电力CPS多标签数据集进行仿真实验,结果表明本模型能够生成高质量的攻击数据,解决数据不平衡问题,明显提升了对多标签FDIA的检测率. 展开更多
关键词 虚假数据注入攻击 去噪扩散概率模型 不平衡数据 轻量梯度提升机
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WOA优化LightGBM在火成岩测井岩性识别中的应用 被引量:2
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作者 冯欢 张国强 +3 位作者 曹军 任宏 万文春 刘迪仁 《地球物理学进展》 北大核心 2025年第1期230-242,共13页
渤海南部莱州湾地区的火成岩岩性复杂多变,常规测井交会图识别效果差.为提升该地区火成岩岩性识别精度,结合全局优化能力强的鲸鱼优化算法(WOA)和高效的轻量级梯度提升机(LightGBM),提出了基于WOA-LightGBM的火成岩测井岩性识别方法.首... 渤海南部莱州湾地区的火成岩岩性复杂多变,常规测井交会图识别效果差.为提升该地区火成岩岩性识别精度,结合全局优化能力强的鲸鱼优化算法(WOA)和高效的轻量级梯度提升机(LightGBM),提出了基于WOA-LightGBM的火成岩测井岩性识别方法.首先,通过分析岩性的测井响应特征,选择岩心和薄片等地质资料完整、常规九条测井曲线齐全的测井数据作为样本集;然后将样本集输入到WOA-LightGBM、WOA-AdaBoost、WOA-SVM、LightGBM、AdaBoost、SVM六种模型中进行识别,并将识别结果进行对比验证;最后将识别模型应用于15口井中.研究结果表明:当鲸鱼种群为50时,最佳超参数下的WOA-LightGBM模型的识别精度最高、泛化能力最好,在样本集中识别准确率达91.62%,ROC-AUC为0.9676,实例井中整体解释符合率达85%.WOA-LightGBM可作为利用测井曲线智能识别渤海火成岩岩性的有效方法,并为其他类似区块的火成岩岩性识别提供参考. 展开更多
关键词 莱州湾 火成岩 测井岩性识别 轻量级梯度提升机 超参数 鲸鱼优化算法
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耦合二次模态分解和优化LightGBM的大坝变形预测模型
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作者 孔颢 丁勇 李登华 《大地测量与地球动力学》 北大核心 2025年第11期1171-1179,共9页
提出一种结合二次模态分解与蝴蝶优化算法(BOA)优化轻量梯度提升机(LightGBM)的大坝变形预测模型。首先,利用自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)对训练集数据进行分解并计算分解子序列的复合熵;然后,通过K-means聚类算法将分解子... 提出一种结合二次模态分解与蝴蝶优化算法(BOA)优化轻量梯度提升机(LightGBM)的大坝变形预测模型。首先,利用自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)对训练集数据进行分解并计算分解子序列的复合熵;然后,通过K-means聚类算法将分解子序列分为高、低频两类,对高频信号数据进行变分模态分解(VMD);最后,使用BOA优化的LightGBM模型进行预测。实例表明,该方法能有效处理变形数据,提高数据平稳性,且预测精度明显优于传统方法,nMAPE、MSE、MAE指标分别降低16.2%~22.5%、16.8%~28.1%、16.2%~22.5%。 展开更多
关键词 二次模态分解 高低频信号划分 蝴蝶优化算法 轻量梯度提升机 变形预测
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近红外光谱结合LightGBM的含油污泥多环芳烃含量快速定量分析方法研究
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作者 向宇 李茂刚 +2 位作者 闫春华 张天龙 李华 《分析测试学报》 北大核心 2025年第8期1602-1611,共10页
该研究利用近红外(NIR)技术结合轻量级梯度提升(LightGBM)预测含油污泥中菲(Phe)和荧蒽(Flt)的含量。首先对模型参数进行优化,然后对样品近红外光谱数据进行预处理,并通过竞争性自适应重加权算法(CARS)、互信息(MI)、鲸鱼优化算法(WOA)... 该研究利用近红外(NIR)技术结合轻量级梯度提升(LightGBM)预测含油污泥中菲(Phe)和荧蒽(Flt)的含量。首先对模型参数进行优化,然后对样品近红外光谱数据进行预处理,并通过竞争性自适应重加权算法(CARS)、互信息(MI)、鲸鱼优化算法(WOA)对光谱特征变量进行筛选,利用最优输入变量构建模型,最后将LightGBM与偏最小二乘(PLS)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)模型进行对比。结果表明,对于菲,基于Nor-SG-WOA-LightGBM建立的模型最佳,预测决定系数(R^(2)_(p))和预测均方根误差(RMSE_(p))分别为0.9952和0.2426 mg/g;对于荧蒽,基于SNV-SG-CARS-LightGBM建立的模型最佳,R^(2)_(p)和RMSE_(p)分别为0.9951和0.2452 mg/g。该方法为含油污泥中多环芳烃(PAHs)的分析提供了一定的技术参考。 展开更多
关键词 近红外光谱 轻量级梯度提升 含油污泥 多环芳烃
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基于BO-LightGBM算法的XLPE配电电缆绝缘状态评估
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作者 罗正均 叶刚 +3 位作者 周箩鱼 李涛 陈楠 张志熙 《绝缘材料》 北大核心 2025年第3期131-140,共10页
为提升电缆绝缘状态评估的精度,本文提出了一种基于贝叶斯优化(BO)算法与轻量级梯度提升机(LightGBM)算法的电缆绝缘状态评估方法。首先将数据集中所有特征进行组合,形成不同的特征子集,通过遍历所有的特征子集,找到五折交叉验证的准确... 为提升电缆绝缘状态评估的精度,本文提出了一种基于贝叶斯优化(BO)算法与轻量级梯度提升机(LightGBM)算法的电缆绝缘状态评估方法。首先将数据集中所有特征进行组合,形成不同的特征子集,通过遍历所有的特征子集,找到五折交叉验证的准确率最高所对应的特征组合,完成对输入特征的筛选。然后使用BO算法对LightGBM中的7个超参数进行寻优。最后利用本文所提出的BO-LightGBM算法完成对电缆绝缘状态的评估。结果表明:本文提出的特征子集法与主成分分析法和互信息筛选法相比能更好地提升模型表现;经过BO算法优化后,LightGBM模型的精度能得到进一步的提升,与粒子群优化算法(PSO)和遗传算法优化(GA)相比,BO算法的计算效率能在几乎相同的精度下分别提升约80%和86.9%;与其他常用机器学习算法进行对比,本文模型的相关性能指标均为最优。 展开更多
关键词 XLPE电缆 状态评估 机器学习 贝叶斯优化算法 轻量级梯度提升机算法
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LightGBM模型及模型可解释性方法在预测职业伤害严重程度中的探讨 被引量:1
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作者 莫有桦 张鹏 +2 位作者 谷一硕 朱晓俊 樊晶光 《环境与职业医学》 北大核心 2025年第2期157-164,共8页
[背景]轻量级梯度提升机算法(LightGBM)以其高效、快速等特点成为预测模型中的热门选择。然而,由于机器学习模型存在“黑盒”特性,导致模型可解释性较差。目前很少有研究从LightGBM模型及模型可解释性的角度评估职业伤害的严重程度。[目... [背景]轻量级梯度提升机算法(LightGBM)以其高效、快速等特点成为预测模型中的热门选择。然而,由于机器学习模型存在“黑盒”特性,导致模型可解释性较差。目前很少有研究从LightGBM模型及模型可解释性的角度评估职业伤害的严重程度。[目的]评估LightGBM模型及模型可解释性方法在职业伤害预测中的应用价值。[方法]应用美国矿山安全与健康管理局(MSHA)1983—2022年采矿业工人职业伤害数据集,以伤害程度(死亡/致命性职业伤害和永久/部分残疾)作为结局变量,以伤害发生的月份、年龄、性别、事故发生时间、轮班开始时间、事故发生时间与轮班开始时间间隔、总工龄、矿山总工龄、现矿山工龄、职业伤害致因、事故类型、伤害发生活动(即伤害发生时工人正在进行的活动)、伤害来源、受伤部位、作业环境类型、产品类别、伤害性质共17个指标作为预测变量。通过最小绝对收缩与选择算子算法(Lasso)回归方法筛选特征集。应用LightGBM构建职业伤害预测模型,以预测模型的曲线下面积(AUC)为主要评价指标,AUC越接近1,说明模型预测性能越好。应用Shapley加法解释(SHAP)法对模型可解释性进行评价。[结果]通过Lasso回归,识别出关键影响因素7个,分别为事故发生时间与轮班开始时间间隔、现矿山工龄、职业伤害致因、事故类型、受伤部位、伤害性质、作业环境类型。基于Lasso回归特征筛选构建的LightGBM模型预测性能良好,其AUC值、准确度、特异度、灵敏度分别为0.9941(95%CI:0.9917~0.9966)、0.9743、0.9781、0.9640,预测的致死性职业伤害概率与实际的致死性职业伤害概率一致性较高。在职业伤害预测模型中,通过SHAP值分析各指标的重要性,发现受伤部位和伤害性质是影响模型预测结果的两个主要特征,其他特征的影响较小。受伤部位的SHAP值分布广泛,尤其是头颈部和多部位的受伤,对预测致死性风险的模型有显著影响。伤害性质也对模型有不同方向的影响,窒息/溺水、挤压和多部位受伤对工人发生致死性职业伤害风险影响较大。[结论]LightGBM模型能够高效地处理大规模数据并提供高精度的预测结果。模型可解释性研究有助于更准确地探索、分析采矿业工人发生致死性职业伤害的各种风险关键因素,并进一步揭示这些因素间的复杂交互作用,从而为劳动工人提供更好的预防干预保护措施和最佳的资源配置。 展开更多
关键词 职业伤害 轻量级梯度提升机算法 预测模型 模型可解释性 Shapley加法解释
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基于LightGBM-LSTM的拉挤成型设备故障预测方法研究
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作者 石岩 杨晓英 +1 位作者 张志文 张璇 《计算机仿真》 2025年第7期273-278,564,共7页
为了实现拉挤成型设备的故障预测,提出了一种基于轻量级梯度提升机(LightGBM)和长短期记忆(LSTM)神经网络相结合的故障预测方法。利用主成分分析方法选取与拉挤成型设备温度关联度高的特征变量;建立了基于LightGBMLSTM的组合预测模型,... 为了实现拉挤成型设备的故障预测,提出了一种基于轻量级梯度提升机(LightGBM)和长短期记忆(LSTM)神经网络相结合的故障预测方法。利用主成分分析方法选取与拉挤成型设备温度关联度高的特征变量;建立了基于LightGBMLSTM的组合预测模型,利用训练好的组合模型预测拉挤成型设备正常工作温度,并通过设定合适的报警阈值和规则,采用滑动窗口法对预测模型的温度残差进行分析计算;以某企业现场数据对提出的方法进行了验证,结果表明上述方法能实现拉挤成型设备故障的提前预测,且能够提前约3.9h预测设备故障,降低了设备运维成本。 展开更多
关键词 拉挤成型设备 主成分分析方法 轻量级梯度提升机算法 长短期记忆 故障预测
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基于LGWO-XGBoost-LightGBM-GRU的短期电力负荷预测算法 被引量:2
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作者 王海文 谭爱国 +4 位作者 彭赛 黄佳欣怡 田相鹏 廖红华 柳俊 《湖北民族大学学报(自然科学版)》 2025年第1期73-79,共7页
针对历史负荷特征提取困难所导致的短期电力负荷预测精度不高的问题,提出了基于堆叠泛化集成思想的逻辑斯谛灰狼优化-极限梯度提升-轻量级梯度提升机-门控循环单元(logistic grey wolf optimizer-extreme gradient boosting-light gradi... 针对历史负荷特征提取困难所导致的短期电力负荷预测精度不高的问题,提出了基于堆叠泛化集成思想的逻辑斯谛灰狼优化-极限梯度提升-轻量级梯度提升机-门控循环单元(logistic grey wolf optimizer-extreme gradient boosting-light gradient boosting machine-gated recurrent unit, LGWO-XGBoost-LightGBM-GRU)的短期电力负荷预测算法。该算法首先使用逻辑斯谛映射对灰狼优化(grey wolf optimizer, GWO)算法进行改进得到LGWO算法,接着使用LGWO算法分别对XGBoost、LightGBM、GRU算法进行参数寻优,然后使用XGBoost、LightGBM算法对数据的不同特征进行初步提炼,最后将提炼的特征合并到历史负荷数据集中作为输入,并使用GRU进行最终的负荷预测,得到预测结果。以某工业园区的负荷预测为例进行验证,结果表明,该算法与最小二乘支持向量机(least squares support vector machines, LS-SVM)算法相比,均方根误差降低了68.85%,平均绝对误差降低了69.57%,平均绝对百分比误差降低了69.97%,决定系数提高了8.42%。该算法提高了短期电力负荷预测的精度。 展开更多
关键词 短期负荷预测 集成学习 灰狼算法 极限梯度提升 轻量级梯度提升机 门控循环单元
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企业数字化转型的影响因素及其贡献度——基于轻量级梯度提升机器(LightGBM)学习算法的研究 被引量:1
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作者 李建伟 胡文艳 王薇 《科技管理研究》 2025年第9期64-73,共10页
了解不同影响因素对数字化转型的贡献程度大小,能够使企业更明智地进行科技投入决策,但目前缺少有关通过机器学习、数据挖掘算法等工具系统探究企业数字化转型影响因素重要性程度的研究。为此,基于2011—2021年的沪深上市企业数据,采用... 了解不同影响因素对数字化转型的贡献程度大小,能够使企业更明智地进行科技投入决策,但目前缺少有关通过机器学习、数据挖掘算法等工具系统探究企业数字化转型影响因素重要性程度的研究。为此,基于2011—2021年的沪深上市企业数据,采用轻量级梯度提升机算法(LightGBM)模型,选取均方误差MSE和决定系数R^(2)两组算法检验指标进行迭代过程中的误差检验,以挖掘企业数字化转型的影响因素,并探究不同影响因素对企业数字化转型的特征重要性程度。研究结果发现:LightGBM模型的6次训练迭代均得到满意解,平均MSE收敛仅为0.286,R^(2)达0.685,说明所采用的算法具有较高鲁棒性与泛化性能;企业数字化转型受到内外部因素的双重影响,其中重点受到财政科技支出、税收优惠等外部因素的制约,第一大股东持股比例与管理层持股比例等内部因素影响较小;东部地区企业受内部因素的影响程度大于中西部地区企业;与服务业企业相比,制造业企业的数字化转型更容易受到外部因素的影响。因此,政府应构建驱动企业数字化转型的长效财政支持机制,对企业数字化转型给予政策倾斜;企业应重视企业治理质量的影响,为企业数字化转型提供良好的制度基础。 展开更多
关键词 企业数字化转型 企业治理 因素贡献度 lightgbm算法 机器学习 驱动因素
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基于PSO-LightGBM模型的边坡稳定性预测研究
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作者 张仕杰 张煜 张宁 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第5期1233-1240,共8页
边坡稳定性的准确预测对降低边坡失稳风险具有重要意义。为高效且准确地预测边坡稳定性,提出了一种基于粒子群(PSO)优化轻量级梯度提升机(LightGBM)的边坡稳定性预测模型,即PSO-LightGBM模型。该模型首先采用粒子群算法优化LightGBM模... 边坡稳定性的准确预测对降低边坡失稳风险具有重要意义。为高效且准确地预测边坡稳定性,提出了一种基于粒子群(PSO)优化轻量级梯度提升机(LightGBM)的边坡稳定性预测模型,即PSO-LightGBM模型。该模型首先采用粒子群算法优化LightGBM模型中的重要参数,在实际工程应用中,降低了LightGBM模型参数所产生的影响。然后采用优化后的LightGBM模型对边坡稳定性进行分类预测。选取K近邻(KNN)、支持向量机(SVM)、LightGBM、网格搜索优化LightGBM(GS-LightGBM)以及遗传优化LightGBM(GA-LightGBM)作为对比模型,并采用准确率、精确率、召回率与F1分数作为各模型预测性能的评价指标,并通过混淆矩阵可视化各模型的分类结果。基于PSO-LightGBM模型的特征重要性分析,量化了各因素在边坡稳定性预测中的相对重要性。研究结果表明,在测试集上PSO-LightGBM模型的各项评价指标上均显著优于其他对比模型,表现出较强的分类预测性能与泛化能力。通过特征重要性分析,影响边坡稳定性的因素从大到小依次为:坡角、坡高、内聚力、内摩擦角、土体重度与孔隙水压力。本研究为边坡稳定性的准确预测提供了一种新方法,对边坡工程安全设计与风险评估具有重要参考意义。 展开更多
关键词 边坡稳定性 机器学习 轻量级梯度提升机(lightgbm) 粒子群算法
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一种基于LightGBM的UWB非视距识别方法
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作者 李乾 刘卓伦 +3 位作者 孙晓云 陈勇 宋士济 张醒龙 《电讯技术》 北大核心 2025年第11期1766-1772,共7页
针对超宽带非视距(Non-Line-of-Sight,NLOS)识别中最优特征子集选取与模型参数优化问题,提出了一种基于轻量级梯度提升机(Light Gradient Boosting Machine,LightGBM)的交叉验证递归特征消除算法与Optuna参数调优相结合的NLOS识别方法... 针对超宽带非视距(Non-Line-of-Sight,NLOS)识别中最优特征子集选取与模型参数优化问题,提出了一种基于轻量级梯度提升机(Light Gradient Boosting Machine,LightGBM)的交叉验证递归特征消除算法与Optuna参数调优相结合的NLOS识别方法。首先通过递归特征消除加交叉验证算法分析选取首径信号与总信号接收功率差值、噪声最大值等6个重要特征作为最优特征子集,之后使用Optuna调参框架优化LightGBM模型超参数。采集视距与非视距特征数据,使用支持向量机、极限梯度提升算法和参数优化后的LightGBM等模型进行训练与测试,结果表明,所选取特征具有良好区分性,参数优化后的LightGBM模型识别准确率达95.28%。 展开更多
关键词 超宽带非视距识别 轻量级梯度提升机(lightgbm) 交叉验证递归特征消除算法(RFECV) 超参数优化
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基于IWOA-LightGBM的煤自燃程度预测方法研究
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作者 臧燕杰 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第S1期64-70,共7页
为提升煤自燃预测精度,提出基于改进鲸鱼优化算法(IWOA)与轻量级梯度提升机(LightGBM)融合的预测模型。首先,通过SPSS 27分析煤自燃程序升温试验中指标气体浓度的相关性,采用核主成分分析法(KPCA)提取主成分数据;然后,针对传统鲸鱼算法(... 为提升煤自燃预测精度,提出基于改进鲸鱼优化算法(IWOA)与轻量级梯度提升机(LightGBM)融合的预测模型。首先,通过SPSS 27分析煤自燃程序升温试验中指标气体浓度的相关性,采用核主成分分析法(KPCA)提取主成分数据;然后,针对传统鲸鱼算法(WOA)易陷入局部最优的问题,引入Circle混沌映射、自适应权重及最优领域扰动策略改进其全局搜索能力,进而优化LightGBM超参数以提升预测精度并抑制过拟合;最后,将该模型应用于新疆沙吉海煤矿实际预测场景。结果表明:IWOA-LightGBM模型相较于其他模型,在测试样本中的准确率A分别提高13.33%、26.66%、20%、20%、13.33%;精确率P分别提高12.23%、24.45%、18.89%、18.89%、12.23%;召回率R分别提高13.1%、23.02%、18.1%、16.07%、10.56%;F_( 1)分别提高12.56%、23.79%、18.52%、17.58%、13.15%。模型在复杂条件下的可靠性与稳定性,展现出优于传统模型的泛化性与鲁棒性,能够为矿井煤自燃灾害预警提供了新的技术方案。 展开更多
关键词 煤自燃 改进鲸鱼优化算法(IWOA) 轻量级梯度提升机(lightgbm) 核主成分分析法(KPCA) 预测模型
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