本研究的目的是评估的能力软计算模型包括多层感知器(MLP)水波优化(MLP-WWO) MLP-particle群优化(MLP-PSO)和MLP-genetic算法(MLP-GA),模拟日常和月度参考蒸散(ET) Aidoghmoush盆地(伊朗)。主成分分析(PCA)被用来找到最好的输入组合包括滞后ETs。结果显示,ET值1,2,3(天)滞后以及1、2和3(个月)滞后是最有效的变量形成的个人电脑。输入和特征值的总方差比例是用来识别最重要的变量。模型的精度评估是基于多个统计指标如平均绝对误差(MAE)、Nash-Sutcliff效率(研究)和百分比偏差(PBIAS)。结果表明,混合延时模型的性能优于独立的延时。研究结果证实,MLP-WWO可以精确地预测等。gydF4y2Ba
软计算模型被广泛用于解决各种水资源管理中存在的问题,如水库操作(gydF4y2Ba
然而,测量等只在一个非常有限的气象监测站由于高成本的必要设备。的FAO-56 Penman-Monteith方程,这是广泛使用的参考模型等计算(gydF4y2Ba
越来越多的研究检验了软计算模型的能力评估等。这些计算模型通常使用非线性输入预测等,虽然旧数据驱动等的预测大多使用统计方法,如线性回归和自回归综合移动平均模型(gydF4y2Ba
期刊等。gydF4y2Ba
帕蒂尔和钱德拉DekagydF4y2Ba
在这项研究中,模型被用来预测每月和每日等。尽管SVM模型可以预测水文变量,他们有一些固有的缺陷gydF4y2Ba
水波优化(WWO),作为一个创新的优化算法,最近被用于各种研究等领域的最优无功调度,基准测试函数和旅行商问题(gydF4y2Ba
在本文中,一种新的优化算法模型旨在结合在开发预测月度等。为此,气象数据收集从Aidoghmoush站在伊朗。我们所知,仅有的研究检验了模型的组合的潜力和WWO算法预测每日和每月等。有关的性能MLP-WWO相结合,联合MLP-WWO的输出与独立的模型相比,MLP-genetic算法(MLP-GA), MLP-particle群优化(MLP-PSO)。gydF4y2Ba
mlp包括一组神经元放置在层。激活函数是用于每个节点变换加权输入输出激活函数的数学性质的特征。在这项研究中被训练向MLP使用反向传播算法(BPA) [gydF4y2Ba
input-out数据意外地选择采用给定的训练输入数据。模型与不同尺寸,精度最高,还进行了训练和测试水平,其中70年和30的数据被选为训练和测试水平,分别。gydF4y2Ba
后为一些输入生成的输出模式应用于传递函数。gydF4y2Ba
一个目标函数如均方根误差(RMSE)被选中。gydF4y2Ba
连接权重更新获得最低的RMSE值。gydF4y2Ba
测试和训练水平,每一对输入输出向量的组成是继续通过水平在一定程度上没有很大的改变在RMSE模型(图gydF4y2Ba
中长期规划的原理结构模型。gydF4y2Ba
遗传算法是一种进化算法,找到问题的最优解基于达尔文的原理通过变异、交叉,选择运营商。为此,一些初始生成解决方案和相应的目标函数值计算。选择操作是用来选择旧的人口的父母。接下来,生成的新个体交叉算子(gydF4y2Ba
遗传算法流程图。gydF4y2Ba
算法被广泛用于不同的优化问题。类似于其他优化算法,该算法以随机初始化种群的成员,并使用粒子的社会行为来获取最佳的解决方案通过设置每个成员的位置有关的粒子群最佳位置的人口。方程(gydF4y2Ba
算法的优化过程。gydF4y2Ba
WWO算法旨在提高勘探开发能力的优化算法基于传播、折射,制动操作符。WWO模拟浅水波浪理论。每个代理算法有一些相似之处“水波”实体的波长(WL)gydF4y2Ba
WWO的细节。gydF4y2Ba
这是假设gydF4y2Ba
WWO的细节对于一个实际的问题。gydF4y2Ba
如果gydF4y2Ba
在优化过程中,折射操作只能进行波gydF4y2Ba
打破经营者的效用是使人口多样化。gydF4y2Ba
WWO的优化级别。gydF4y2Ba
需要考虑两个技术方面为了整合中长期规划的优化算法,即编码方法代理/解决方案和确定目标函数的过程。虽然独立的延时模型有很高的能力,他们的训练算法可能收敛或慢陷阱在局部最优gydF4y2Ba
在进化algorithms-MLP模型,每一个维向量可以引用一个代理(如粒子(PSO),染色体(GA),和“波水”对象(WWO)),其中可能包括随机数(−1,1)。每个代理表明候选人MLP(图gydF4y2Ba
优化algorithm-MLP模型发起随机代理gydF4y2Ba
代理被映射到一些候选人MLP的偏见和重量值gydF4y2Ba
mlp的质量评估根据RMSEgydF4y2Ba
优化algorithm-MLP模型构造适当的延时最小均方根误差gydF4y2Ba
代理更新gydF4y2Ba
步骤2至步骤4直到最后迭代(图gydF4y2Ba
解决方案结构在MLP-optimization模型(gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba
位置的案例研究gydF4y2Ba
平均流量和平均年降雨量为190gydF4y2Ba
延时、MLP-WWO MLP-PSO, MLP-GA被用来预测每日和每月等。表gydF4y2Ba
等统计特征:每月和每日的价值观。gydF4y2Ba
| 等gydF4y2Ba | 最大(毫米)gydF4y2Ba | 最低(毫米)gydF4y2Ba | 变异系数(毫米)gydF4y2Ba | 平均水平(毫米)gydF4y2Ba | |
|---|---|---|---|---|---|
| 月度值gydF4y2Ba | 1月gydF4y2Ba | 18gydF4y2Ba | 10gydF4y2Ba | 0.23gydF4y2Ba | 14gydF4y2Ba |
| 2月gydF4y2Ba | 17gydF4y2Ba | 12gydF4y2Ba | 0.20gydF4y2Ba | 15gydF4y2Ba | |
| 3月gydF4y2Ba | 52gydF4y2Ba | 34gydF4y2Ba | 0.45gydF4y2Ba | 39gydF4y2Ba | |
| 4月gydF4y2Ba | 89年gydF4y2Ba | 45gydF4y2Ba | 0.56gydF4y2Ba | 52gydF4y2Ba | |
| 可能gydF4y2Ba | 112年gydF4y2Ba | 90年gydF4y2Ba | 0.91gydF4y2Ba | 104年gydF4y2Ba | |
| 6月gydF4y2Ba | 224年gydF4y2Ba | 209年gydF4y2Ba | 1.01gydF4y2Ba | 212年gydF4y2Ba | |
| 7月gydF4y2Ba | 232年gydF4y2Ba | 223年gydF4y2Ba | 1.04gydF4y2Ba | 228年gydF4y2Ba | |
| 8月gydF4y2Ba | 145年gydF4y2Ba | 138年gydF4y2Ba | 0.98gydF4y2Ba | 142年gydF4y2Ba | |
| 9月gydF4y2Ba | 132年gydF4y2Ba | 112年gydF4y2Ba | 1.01gydF4y2Ba | 129年gydF4y2Ba | |
| 10月gydF4y2Ba | 98年gydF4y2Ba | 91年gydF4y2Ba | 0.65gydF4y2Ba | 95年gydF4y2Ba | |
| 11月gydF4y2Ba | 89年gydF4y2Ba | 82年gydF4y2Ba | 0.55gydF4y2Ba | 85年gydF4y2Ba | |
| 12月gydF4y2Ba | 67年gydF4y2Ba | 54gydF4y2Ba | 0.72gydF4y2Ba | 59gydF4y2Ba | |
|
|
|||||
| 每天值gydF4y2Ba | 火车gydF4y2Ba | ||||
| 价值gydF4y2Ba | 24gydF4y2Ba | 12gydF4y2Ba | 0.32gydF4y2Ba | 18gydF4y2Ba | |
| 测试gydF4y2Ba | |||||
| 价值gydF4y2Ba | 21gydF4y2Ba | 14gydF4y2Ba | 0.45gydF4y2Ba | 19gydF4y2Ba | |
数据被分成70%的训练,30%的测试。滞后ET值被用作软计算模型的输入。不同大小的数据进行了测试,70和30实现目标函数的最小值。之前开发模型中,主成分分析(PCA)进行每月和每日ET值选择重要的滞后,也就是说,滞后的输入主要影响每日和每月ET值。变量滞后7天,7个月被用作输入的软计算模型预测每日和每月等。主成分分析是一种统计模型将给定的一组gydF4y2Ba
准备输入数据,计算协方差矩阵,特征值和向量,以及计算总方差的比例为每一个电脑被认为是作为主要的PCA模型的水平。以下指标用来评估模型。gydF4y2Ba
表gydF4y2Ba
在PCA每日输出的规模。gydF4y2Ba
| 输入gydF4y2Ba | 电脑(1)gydF4y2Ba | 电脑(2)gydF4y2Ba | 电脑(3)gydF4y2Ba | 电脑(1)gydF4y2Ba | 电脑(5)gydF4y2Ba | 电脑(6)gydF4y2Ba | 电脑(7)gydF4y2Ba | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 每日规模gydF4y2Ba |
|
0.94gydF4y2Ba | 0.93gydF4y2Ba | 0.92gydF4y2Ba | 0.62gydF4y2Ba | 0.55gydF4y2Ba | 0.43gydF4y2Ba | 0.42gydF4y2Ba |
|
|
0.90gydF4y2Ba | 0.92gydF4y2Ba | 0.91gydF4y2Ba | 0.59gydF4y2Ba | 0.54gydF4y2Ba | 0.47gydF4y2Ba | 0.42gydF4y2Ba | |
|
|
0.89gydF4y2Ba | 0.91gydF4y2Ba | 0.90gydF4y2Ba | 0.55gydF4y2Ba | 0.52gydF4y2Ba | 0.40gydF4y2Ba | 0.39gydF4y2Ba | |
|
|
0.65gydF4y2Ba | 0.62gydF4y2Ba | 0.69gydF4y2Ba | 0.49gydF4y2Ba | 0.58gydF4y2Ba | 0.47gydF4y2Ba | 0.42gydF4y2Ba | |
|
|
0.62gydF4y2Ba | 0.45gydF4y2Ba | 0.42gydF4y2Ba | 0.42gydF4y2Ba | 0.45gydF4y2Ba | 0.40gydF4y2Ba | 0.39gydF4y2Ba | |
|
|
0.54gydF4y2Ba | 0.34gydF4y2Ba | 0.31gydF4y2Ba | 0.29gydF4y2Ba | 0.41gydF4y2Ba | 0.36gydF4y2Ba | 0.35gydF4y2Ba | |
|
|
0.43gydF4y2Ba | 0.29gydF4y2Ba | 0.27gydF4y2Ba | 0.25gydF4y2Ba | 0.32gydF4y2Ba | 0.30gydF4y2Ba | 0.29gydF4y2Ba | |
| 解释方差%gydF4y2Ba | 54gydF4y2Ba | 22gydF4y2Ba | 17gydF4y2Ba | 3gydF4y2Ba | 3gydF4y2Ba | 0.5gydF4y2Ba | 0.5gydF4y2Ba | |
| 特征值gydF4y2Ba | 3.24gydF4y2Ba | 1.32gydF4y2Ba | 1.02gydF4y2Ba | 0.18gydF4y2Ba | 0.18gydF4y2Ba | 0.03gydF4y2Ba | 0.03gydF4y2Ba | |
| 累积方差%gydF4y2Ba | 54gydF4y2Ba | 76年gydF4y2Ba | 91年gydF4y2Ba | 96年gydF4y2Ba | 99年gydF4y2Ba | One hundred.gydF4y2Ba | One hundred.gydF4y2Ba | |
|
|
||||||||
| 每月的规模gydF4y2Ba |
|
0.95gydF4y2Ba | 0.94gydF4y2Ba | 0.92gydF4y2Ba | 0.76gydF4y2Ba | 0.61gydF4y2Ba | 0.60gydF4y2Ba | |
|
|
0.94gydF4y2Ba | 0.92gydF4y2Ba | 0.91gydF4y2Ba | 0.69gydF4y2Ba | 0.55gydF4y2Ba | 0.52gydF4y2Ba | ||
|
|
0.93gydF4y2Ba | 0.92gydF4y2Ba | 0.90gydF4y2Ba | 0.67gydF4y2Ba | 0.44gydF4y2Ba | 0.41gydF4y2Ba | ||
|
|
0.85gydF4y2Ba | 0.84gydF4y2Ba | 0.80gydF4y2Ba | 0.65gydF4y2Ba | 0.42gydF4y2Ba | 0.39gydF4y2Ba | ||
|
|
0.82gydF4y2Ba | 0.81gydF4y2Ba | 0.79gydF4y2Ba | 0.62gydF4y2Ba | 0.40gydF4y2Ba | 0.34gydF4y2Ba | ||
|
|
0.80gydF4y2Ba | 0.79gydF4y2Ba | 0.77gydF4y2Ba | 0.55gydF4y2Ba | 0.38gydF4y2Ba | 0.36gydF4y2Ba | ||
| 解释方差(%)gydF4y2Ba | 53gydF4y2Ba | 27gydF4y2Ba | 17gydF4y2Ba | 2gydF4y2Ba | 0.5gydF4y2Ba | 0.5gydF4y2Ba | ||
| 淡水河谷特征gydF4y2Ba | 3.18gydF4y2Ba | 1.62gydF4y2Ba | 1.02gydF4y2Ba | 0.12gydF4y2Ba | 0.03gydF4y2Ba | 0.03gydF4y2Ba | ||
| 累积方差%gydF4y2Ba | 53gydF4y2Ba | 80年gydF4y2Ba | 94年gydF4y2Ba | 99年gydF4y2Ba | 99.5gydF4y2Ba | One hundred.gydF4y2Ba | ||
根据结果,PC1和前三个电脑导致了总方差的53%和94%,分别。此外,ET值和滞后1,2,3(月)是重要的和用作输入软计算模型(表gydF4y2Ba
优化算法的随机参数视为影响力系数大大影响算法的性能。例如,随机参数WWO人口规模,波长,波高,破坏系数。表gydF4y2Ba
随机参数的最优值。gydF4y2Ba
| WWO人口规模:200年,波长度:0.3,波高:0.5,和BC: 0.05gydF4y2Ba |
| 算法,粒子数:200,gydF4y2Ba |
| 遗传算法的染色体数量:100年,变异概率:0.01,和交叉概率:0.3gydF4y2Ba |
目标函数是用于计算的误差性能在每个迭代。每个模型运行在2000中长期规划迭代优化参数。因此,一系列MLP-optimization算法进行了使用各种人口大小(PS)、波长度(WL),浪高(WH)和破坏系数(BC)从100年到400年,0.1比1,1到5,分别和0.01到0.10。结果表明,PS: 200王:0.5,WH: 2, RMSE和BC: 0.05提供最低的。因此,这些值被选为MLP-WWO模型中的最优参数。关于类似的过程,其他算法得到的最优参数。gydF4y2Ba
表gydF4y2Ba
训练水平的统计结果与软计算模型基于每日规模。gydF4y2Ba
| 指数gydF4y2Ba | 梅(毫米)gydF4y2Ba | PBIASgydF4y2Ba | 分析了无gydF4y2Ba |
|---|---|---|---|
| 训练水平gydF4y2Ba | |||
| MLP-WWOgydF4y2Ba | 3.12gydF4y2Ba | 0.14gydF4y2Ba | 0.94gydF4y2Ba |
| MLP-PSOgydF4y2Ba | 3.19gydF4y2Ba | 0.35gydF4y2Ba | 0.91gydF4y2Ba |
| MLP-GAgydF4y2Ba | 3.22gydF4y2Ba | 0.37gydF4y2Ba | 0.89gydF4y2Ba |
| 中长期规划gydF4y2Ba | 3.25gydF4y2Ba | 0.39gydF4y2Ba | 0.85gydF4y2Ba |
|
|
|||
| 测试水平gydF4y2Ba | |||
| MLP-WWOgydF4y2Ba | 5.15gydF4y2Ba | 0.17gydF4y2Ba | 0.92gydF4y2Ba |
| MLP-PSOgydF4y2Ba | 5.22gydF4y2Ba | 0.47gydF4y2Ba | 0.90gydF4y2Ba |
| MLP-GAgydF4y2Ba | 5.28gydF4y2Ba | 0.49gydF4y2Ba | 0.87gydF4y2Ba |
| 中长期规划gydF4y2Ba | 5.32gydF4y2Ba | 0.51gydF4y2Ba | 0.84gydF4y2Ba |
统计结果的训练水平与软计算模型基于月度规模。gydF4y2Ba
| 指数gydF4y2Ba | 梅(毫米)gydF4y2Ba | PBIASgydF4y2Ba | 分析了无gydF4y2Ba |
|---|---|---|---|
| 训练水平gydF4y2Ba | |||
| MLP-WWOgydF4y2Ba | 0.49gydF4y2Ba | 0.19gydF4y2Ba | 0.95gydF4y2Ba |
| MLP-PSOgydF4y2Ba | 0.53gydF4y2Ba | 0.32gydF4y2Ba | 0.92gydF4y2Ba |
| MLP-GAgydF4y2Ba | 0.57gydF4y2Ba | 0.33gydF4y2Ba | 0.90gydF4y2Ba |
| 中长期规划gydF4y2Ba | 0.59gydF4y2Ba | 0.35gydF4y2Ba | 0.88gydF4y2Ba |
|
|
|||
| 测试水平gydF4y2Ba | |||
| MLP-WWOgydF4y2Ba | 0.51gydF4y2Ba | 0.21gydF4y2Ba | 0.93gydF4y2Ba |
| MLP-PSOgydF4y2Ba | 0.55gydF4y2Ba | 0.34gydF4y2Ba | 0.90gydF4y2Ba |
| MLP-GAgydF4y2Ba | 0.58gydF4y2Ba | 0.37gydF4y2Ba | 0.87gydF4y2Ba |
| 中长期规划gydF4y2Ba | 0.61gydF4y2Ba | 0.39gydF4y2Ba | 0.85gydF4y2Ba |
基于表gydF4y2Ba
表gydF4y2Ba
基于表gydF4y2Ba
表gydF4y2Ba
结果表明,优化算法改进的独立模型的准确性。换句话说,模型相结合的混合算法和主成分分析等预处理方法可以用于实际问题与不同的输入在水资源管理场景。建模者可能会遇到大量的输入数据在评估不同水文变量。此外,独立的软计算模型可能不导致好的结果。因此,必须使用一种混合框架基于预处理方法和优化算法,以确保准确的目标变量的估计。gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba
散点图(一)每日价值和(b)每月值。gydF4y2Ba
结果表明,输出相关MLP-WWO更接近实测资料表明准确的组合模型的性能。图gydF4y2Ba
计算出的gydF4y2Ba
训练数据随机抽样gydF4y2Ba
这个过程可能需要很高的计算时间,这取决于模式的数量。近似的概率分布分析了无了无后,其重要性评估是基于95%可信区间(CI)(表gydF4y2Ba
水文模型的分类(gydF4y2Ba
| 拟合优度gydF4y2Ba | 模型的准确性gydF4y2Ba |
|---|---|
| 0.90≤了无≤1gydF4y2Ba | 很好gydF4y2Ba |
| 0.80≤了无≤0.90gydF4y2Ba | 好gydF4y2Ba |
| 0.65≤了无≤0.80gydF4y2Ba | 令人满意的gydF4y2Ba |
| 分析了无≤0.65gydF4y2Ba | 令人不满意的gydF4y2Ba |
图gydF4y2Ba
算法的收敛曲线(a)每日规模和(b)每月规模。gydF4y2Ba
分析了无的概率分布:(a)每月每日ET和(b)等。gydF4y2Ba
对于MLP-WWO,结果表明,93%以上的CIs 0.80以上分析了无(图gydF4y2Ba
基于图gydF4y2Ba
在这项研究中,软计算模型被用作软计算模型的输入。使用生成的预测模型是滞后ET值Aidoghmoush盆地(伊朗)。然后,输出的软计算模型进行了比较,表明,中长期规划MLP-WWO优于其他模型。此外,MLP-WWO的美是1.3%,2.5%,和3.3%低于MLP-PSO, MLP-GA,延时模型在日常规模模型。MLP-WWO的美是7.2%,14%,和17%低于MLP-PSO, MLP-GA和延时模型在每月的规模。此外,输出相关MLP-WWO接近观测数据。最后,它必须指出,适当的优化算法影响独立的软计算模型的准确性。因此,一个健壮的优化算法的选择是一个重要的问题对于发展软计算模型。未来的调查可以开发模型的性能的研究。提出的模型可用于预测其他水文变量如降水、温度、径流。 Furthermore, the next studies can investigate the effect of uncertainty on the accuracy of the models.
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。gydF4y2Ba
作者证明他们没有从属关系或参与任何组织或实体的任何经济利益在本文的主题。gydF4y2Ba