Probability-Changing Cluster Algorithm for Potts Models

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太空人平衡树的技巧-概述说明以及解释

太空人平衡树的技巧-概述说明以及解释

太空人平衡树的技巧-概述说明以及解释1.引言1.1 概述太空人平衡树是一种旨在解决二叉搜索树不平衡的问题的数据结构。

它通过使用节点的"权重"来调整树的结构,使得左子树和右子树的高度差尽量小,从而提供更快速的搜索和插入操作。

太空人平衡树的技巧是一套操作和策略,用于在实际应用中有效地构建和维护平衡的树结构。

这些技巧包括节点的旋转、子树的重建以及权重调整等操作。

通过旋转操作,太空人平衡树可以根据特定情况将节点进行左旋或右旋,从而重新构建树的结构。

这样,较高的子树可以通过旋转操作被转移到较低的位置,使得左子树和右子树的高度差得以减小。

另外,当进行插入或删除操作时,太空人平衡树会通过重建子树的方式来调整整个树的平衡。

这意味着,在插入或删除节点时,可能需要将一部分子树重新构建,以保持整个树的平衡状态。

权重调整是太空人平衡树中的一个重要操作,在插入或删除节点后,树的权重可能会发生变化。

通过适时地增加或减少节点的权重,太空人平衡树可以保持树的整体平衡,避免发生不平衡的情况。

总而言之,太空人平衡树的技巧是一种有效解决二叉搜索树不平衡问题的方法。

通过合理地运用节点旋转、子树重建以及权重调整等操作和策略,可以构建出一个高效、平衡的数据结构,提供更快速的搜索和插入操作。

在接下来的文章中,我们将详细介绍太空人平衡树的基本原理以及实际操作技巧。

1.2文章结构本文包括引言、正文和结论等3个子章节。

引言部分概述了太空人平衡树的技巧,并介绍了本文的目的。

正文部分分为两个部分,即基本原理和技巧讲解。

基本原理部分解释了太空人平衡树的基本原理,包括其数据结构和算法等方面的内容。

技巧讲解部分则介绍了太空人平衡树的实际操作技巧,包括如何构建太空人平衡树和应用中的注意事项等。

结论部分总结了太空人平衡树的技巧和应用,以及展望了其未来的发展方向。

通过本文的阅读,读者可以全面了解太空人平衡树的相关知识和在实际应用中的技巧。

1.3 目的本文的目的是探讨太空人平衡树的技巧及其应用。

迁移学习10大经典算法

迁移学习10大经典算法

迁移学习10大经典算法在机器研究领域中,迁移研究是一种利用已学到的知识来解决新问题的方法。

迁移研究算法可以帮助我们将一个或多个已经训练好的模型的知识迁移到新的任务上,从而加快研究过程并提高性能。

以下是迁移研究领域中的10大经典算法:1. 预训练模型方法(Pre-trained models):通过在大规模数据集上进行预训练,然后将模型迁移到新任务上进行微调。

2. 领域自适应方法(Domain adaptation):通过将源领域的知识应用到目标领域上,解决领域差异导致的问题。

3. 迁移特征选择方法(Transfer feature selection):选择和目标任务相关的有效特征,减少特征维度,提高模型性能。

4. 迁移度量研究方法(Transfer metric learning):通过研究一个度量空间,使得源领域和目标领域之间的距离保持一致,从而实现知识迁移。

5. 多任务研究方法(Multi-task learning):通过同时研究多个相关任务的知识,提高模型的泛化能力。

6. 迁移深度卷积神经网络方法(Transfer deep convolutional neural networks):使用深度卷积神经网络进行特征提取,并迁移到新任务上进行训练。

7. 迁移增强研究方法(Transfer reinforcement learning):将已有的增强研究知识应用到新任务上,优化智能体的决策策略。

8. 迁移聚类方法(Transfer clustering):通过将已有的聚类信息应用到新数据上,实现对未标记数据的聚类。

9. 迁移样本选择方法(Transfer sample selection):通过选择源领域样本和目标领域样本的子集,减少迁移研究中的负迁移影响。

10. 迁移异构研究方法(Transfer heterogeneous learning):处理源领域和目标领域数据类型不一致的问题,例如将文本数据和图像数据进行迁移研究。

一种改进的动态反馈负载均衡算法

一种改进的动态反馈负载均衡算法

一种改进的动态反馈负载均衡算法陈泰安【摘要】In the cluster system, the load balancing algorithm is one of the key factors that affect system performance. In order to further improve the performance of the cluster system, it is necessary to optimize the load balancing algorithm. In this paper, we proposed an improved load balancing algorithm based on dynamic feed-back after having a detailed analysis of the minimum connection algorithm and the DFB (Dynamic Feed-Back)algorithm. Through the collection of real-time performance parameters for each server, the algorithm dynamically calculate the probability of the distribution of the service node, and thus determine which service node should the user request be assigned to. Through the test of the three algorithm, we come to the conclusion that the algorithm can effectively improve the performance of the cluster system.%在集群系统中,负载均衡算法是影响系统性能的关键因素之一.为了进一步提高集群系统的性能,有必要对负载均衡算法进行优化.通过对最小连接算法和DFB(Dynamic Feed-Back)算法的详细分析,提出了一种改进的动态反馈负载均衡算法.该算法通过收集每台服务器的实时性能参数,动态地计算出各服务节点的分配概率,并由此决定用户请求分配给哪一个服务节点.通过对上述三种算法性能的测试,得出了该算法能够有效提高集群系统性能的结论.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2013(021)005【总页数】3页(P171-172,179)【关键词】分布式处理系统;负载均衡;动态反馈;集群;算法【作者】陈泰安【作者单位】武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081【正文语种】中文【中图分类】TP301.6随着网络需求的不断增加,集群服务器技术将以其高可靠、高性能的优势逐步取代以前单一服务器的工作模式,它提供了一个负载性能易于扩展的、高效可靠地服务器性能解决方案。

《统计分析与SPSS的应用(第五版)》课后练习答案.doc(1)

《统计分析与SPSS的应用(第五版)》课后练习答案.doc(1)

《统计分析与SPSS的应⽤(第五版)》课后练习答案.doc(1)《统计分析与SPSS的应⽤(第五版)》课后练习答案第⼀章练习题答案1、SPSS的中⽂全名是:社会科学统计软件包(后改名为:统计产品与服务解决⽅案)英⽂全名是:Statistical Package for the Social Science.(Statistical Product and Service Solutions)2、SPSS的两个主要窗⼝是数据编辑器窗⼝和结果查看器窗⼝。

数据编辑器窗⼝的主要功能是定义SPSS数据的结构、录⼊编辑和管理待分析的数据;结果查看器窗⼝的主要功能是现实管理SPSS统计分析结果、报表及图形。

3、SPSS的数据集:SPSS运⾏时可同时打开多个数据编辑器窗⼝。

每个数据编辑器窗⼝分别显⽰不同的数据集合(简称数据集)。

活动数据集:其中只有⼀个数据集为当前数据集。

SPSS只对某时刻的当前数据集中的数据进⾏分析。

4、SPSS的三种基本运⾏⽅式:完全窗⼝菜单⽅式、程序运⾏⽅式、混合运⾏⽅式。

完全窗⼝菜单⽅式:是指在使⽤SPSS的过程中,所有的分析操作都通过菜单、按钮、输⼊对话框等⽅式来完成,是⼀种最常见和最普遍的使⽤⽅式,最⼤优点是简洁和直观。

程序运⾏⽅式:是指在使⽤SPSS的过程中,统计分析⼈员根据⾃⼰的需要,⼿⼯编写SPSS命令程序,然后将编写好的程序⼀次性提交给计算机执⾏。

该⽅式适⽤于⼤规模的统计分析⼯作。

混合运⾏⽅式:是前两者的综合。

5、.sav是数据编辑器窗⼝中的SPSS数据⽂件的扩展名.spv是结果查看器窗⼝中的SPSS分析结果⽂件的扩展名.sps是语法窗⼝中的SPSS程序6、SPSS的数据加⼯和管理功能主要集中在编辑、数据等菜单中;统计分析和绘图功能主要集中在分析、图形等菜单中。

7、概率抽样(probability sampling):也称随机抽样,是指按⼀定的概率以随机原则抽取样本,抽取样本时每个单位都有⼀定的机会被抽中,每个单位被抽中的概率是已知的,或是可以计算出来的。

数据挖掘算法原理与实现第2版第三章课后答案

数据挖掘算法原理与实现第2版第三章课后答案

数据挖掘算法原理与实现第2版第三章课后答案
1.密度聚类分析:
原理:密度聚类分析是指通过测量数据对象之间的密度(density)
来将其聚成几个聚类的一种聚类分析方法。

它把距离邻近的数据归入同一
类簇,并把不相连的数据分成不同的类簇。

实现:通过划分空间中每一点的邻域来衡量数据点之间的聚类密度。

它将每个数据点周围与它最近的K个数据点用一个空间圆包围起来,以定
义该数据点处的聚类密度。

然后,可以使用距离函数将所有点分配到最邻
近的类中。

2.引擎树:
原理:引擎树(Search Engine Tree,SET)是一种非常有效的数据
挖掘方法,它能够快速挖掘关系数据库中指定的有价值的知识。

实现:SET是一种基于决策树的技术,通过从关系数据库的历史数据
中提取出有价值的信息,来建立一种易于理解的引擎树,以及一些有益的
信息发现知识,以便用户快速找到想要的信息。

SET对原始数据进行一系
列数据挖掘处理后,能够提取出其中模式分析的信息,从而实现快速、高
效的引擎。

3.最大期望聚类:
原理:最大期望聚类(Maximization Expectation Clustering,MEC)是一种有效的数据挖掘算法,它可以自动识别出潜在的类簇结构,提取出
类簇内部的模式,帮助用户快速完成类簇分析任务。

二进制麻雀特征选择算法

二进制麻雀特征选择算法

二进制麻雀特征选择算法李占山;姚鑫;刘兆赓;马翔;李昀朔【期刊名称】《长春工业大学学报》【年(卷),期】2022(43)4【摘要】特征选择是机器学习的重要分类任务,其结果直接影响后续学习算法性能。

麻雀搜索算法(SSA)是近年来提出的一种基于麻雀智能行为的元启发式算法,它考虑麻雀的社会组织及其对环境的适应性求解连续优化问题,文中将SSA求解离散类的特征选择问题。

首先采用混沌反向学习作为初始化策略,并结合差分进化算法改进更新解阶段,随后利用三种二进制方式将处理连续类问题的SSA转换为适应特征选择问题的二进制版本,并最终选择对分类性能提升最大的S型转移函数结合改进后的SSA,形成文中提出的一种包裹式的二进制麻雀特征选择算法BSFSA,为测试BSFSA的性能,使用k-最近邻作为分类器并选用21个UCI数据集,与7种先进的基于群体智能的包裹式特征选择算法和2种过滤式特征选择算法在分类精度和维度缩减率等方面进行比较,结果显示,BSFSA在18个数据集中取得最高分类精度,此外也取得了5个最高维度缩减率和5个次高维度缩减率。

实验结果表明,BSFSA能够出色兼顾特征子集的分类精度与维度缩减能力,相较对比算法体现出一定优势。

【总页数】11页(P462-472)【作者】李占山;姚鑫;刘兆赓;马翔;李昀朔【作者单位】吉林大学计算机科学与技术学院;吉林大学软件学院;计算与知识工程教育部重点实验室(吉林大学);吉林大学人工智能学院【正文语种】中文【中图分类】TP18【相关文献】1.改进二进制粒子群优化的节点选择算法2.基于元学习和二进制粒子群的网络故障特征选择算法3.MIMO系统中改进的二进制粒子群天线选择算法4.改进混合二进制蝗虫优化特征选择算法5.去蜂窝大规模MIMO系统中基于树种二进制差分进化的接入点选择算法因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

非正式沟通名词解释

非正式沟通名词解释

非正式沟通名词解释什么是非正式沟通非正式沟通是指正式沟通渠道以外的信息交流和传递方式。

非正式沟通是非正式组织的副产品,一方面满足了员工的需求,另一方面也补充了正式沟通体系的不足。

它是正式交流的有机补充。

在许多组织中,决策中使用的大多数信息都是通过非正式信息系统传递的。

非正式沟通不同于正式沟通,因为它的沟通对象、时间、内容都没有计划性,难以区分。

如上所述,非正式组织是因为成员的情感和动机需求而形成的。

其沟通渠道是通过组织内部的各种社会关系,这些关系超越了部门、单位和层级。

在相当程度内,非正式沟通的发展也是配合决策对于信息的需要的。

这种途径较正式途径具有较大弹性,它可以是横向流向,或是斜角流向(Diagonalflow),一般也比较迅速。

在许多情况下,来自非正式沟通的信息,反而获得接收者的重规。

由于传递这种信息一般以口头方式,不留证据、不负责任,许多不愿通过正式沟通传递的信息,却可能在非正式沟通中透露。

但是,过分依赖这种非正式沟通途径,也有很大危险,因为这种信息遭受歪曲或发生错误的可能性相当大,而且无从查证。

尤其与员工个人关系较密切的问题,例如晋升、待遇、改组之类,常常发生所谓“谣言”(rumors)。

这种不实消息的散布,对于组织往往造成较大的困扰。

然而,任何组织或多或少都有这样的非正式沟通渠道。

对于这种沟通,主管既不能完全依赖获取必要的信息,也不能完全忽视。

相反,他应该密切关注错误或虚假信息的原因,并努力为组织工作人员提供正确和明确的事实,以防止它们发生。

这些途径非常繁多且无定型,例如同事之间任意交谈,甚至透过家人之间的传闻等等,都算是非正式沟通。

所以非正式沟通和个人间非正式关系,往往平行存在。

很多研究者认为,由于非正式沟通不必受到规定手续或形式的种种限制,因此往往比正式沟通还要重要。

在美国,这种途径常常称为“葡萄藤”(grapevine),用以形容它枝茂叶盛,随处延伸。

非正式沟通的产生可以说是人的自然需求。

区域综合能源系统两阶段鲁棒博弈优化调度

区域综合能源系统两阶段鲁棒博弈优化调度

DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.01.021区域综合能源系统两阶段鲁棒博弈优化调度李笑竹,王维庆(新疆大学 可再生能源发电与并网技术教育部工程研究中心,新疆 乌鲁木齐 830047)摘 要:在区域综合能源系统的基本架构上,为了提升系统经济性与可再生能源并网能力,研究混合储能、冷热电联供机组(CCHP )、能量转换装置在多能互补下的两阶段优化运行模型. 利用虚拟能量厂(VEP ),平抑发、用电不确定性;采用鲁棒理论,构建灵活调整边界的不确定合集;引入条件风险理论,构建考虑多种不确定关系耦合下基于Copula-RCVaR 的能量管理风险模型. 针对上述模型特点,提出基于滤子技术的多目标鲸鱼算法进行求解. 分析不同可再生能源渗透率及集群效应对系统收益结果和运行策略的影响. 结果表明,引入虚拟能量厂可以提高利润1.9%,在保证稳定运行的前提下合理选择荷、源不确定变量的置信概率,可以提高利润5.9%.关键词: 区域综合能源系统(RIES );鲁棒理论;两阶段优化;收益损失风险;多目标优化算法中图分类号: TM 73 文献标志码: A 文章编号: 1008−973X (2021)01−0177−12Bi-level robust game optimal scheduling of regionalcomprehensive energy systemLI Xiao-zhu, WANG Wei-qing(Engineering Research Center of Ministry of Education for Renewable Energy Generation and Grid Connection Technology ,Xinjiang University , Urumqi 830047, China )Abstract: The two-stage optimal operation strategy model of hybrid energy storage, combined cooling, heating andpower (CCHP) units and energy conversion device was analyzed based on the basic framework of regional integrated energy system (RIES) in order to improve the system economy and the grid connection capacity of large-scale connected renewable energy under the RIES with multiple energy complementary. Virtual energy plant (VEP) was used to stabilize the uncertainty of power generation and consumption. The robust theory was used to construct the uncertain aggregate to adjust the boundary flexibly, and conditional risk theory was introduced to construct the risk model of RIES energy management based on Copula-RCVaR. A multi-objective whale optimal algorithm based on filter technology was proposed to solve the above complex model. The influence of different renewable energy penetration rate and their cluster effect on the income result and operation strategy of RIES was analyzed. Results show that the profit of RIES can be increased by 1.9% by introducing VEP. The profit of RIES can be increased by 5.9% by selecting a reasonable confidence probability of the uncertain variables for load and source based on the premise of ensuring the stable operation.Key words: regional integrated energy system (RIES); robust theory; bi-level optimization; revenue and loss risk; multi-objective optimization algorithm天然气的冷热电联供系统(combined cooling,heating and power ,CCHP )是连接电网与气网的耦合系统,也是区域综合能源系统(regional integ-rated energy system ,RIES )中最具发展前景的一种运营模式[1]. 目前,RIES 的研究多以优化不同效益目标,得到系统各设备的运行策略为主. Wei 等[2]收稿日期:2020−05−19. 网址:/eng/article/2021/1008-973X/202101021.shtml基金项目:国家自然科学基金资助项目(51667020,52067020);新疆自治区实验室开放课题资助项目(2018D4005).作者简介:李笑竹(1990—),女,博士生,从事电力系统能量管理及经济调度等研究. /0000-0003-0443-0449.E-mail :****************通信联系人:王维庆,男,教授. /0000-0001-6520-5507. E-mail :************.cn第 55 卷第 1 期 2021 年 1 月浙 江 大 学 学 报(工学版)Journal of Zhejiang University (Engineering Science)Vol.55 No.1Jan. 2021构建电转气的峰值负荷转移模型,从理论上证明了电气耦合系统具有较好的削峰填谷的效果;Guandalini等[3]对电气耦合系统进行了评价,结果证明,该系统可以提高可再生能源的可调度性;张儒峰等[4]提出合理利用弃风的电-气综合能源系统,实现互联系统之间的双向耦合;Qu等[5]利用电转气实现电力系统与天然气系统的双向能量流动,是促进风电消纳平滑功率需求的有效途径.上述文献均未考虑发、用电波动性对系统带来的收益损失风险. 张虹等[6-8]引入CVaR计算一定收益下系统要承担的收益风险,但均将CVaR转化为离散情况下最差CVaR进行求解,该方法结果的主观性强. 上述研究均仅考虑单维不确定变量,不适用于同时考虑多种不确定关系耦合下的建模与分析.综合需求响应利用冷热负荷的惯性特征,是平衡新电改下各市场主体利益诉求的绝佳手段[9],但RIES中考虑需求响应的调度方法较少涉及. 张虹等[6]让需求侧互动资源主动提供用电意愿,根据系统调度灵活选择用电行为;王文超等[9]将电价型需求响应应用于系统优化运行中;徐业琰等[10]通过电价型、激励型和博弈方法协同作用,实现对用户侧的联合调度. 来自于荷、源双侧(如风电、光伏、负荷等)的多重不确定性是RIES运行时面临的主要挑战. 在描述发电与用电不确定性上,场景法[11]、点估计法[12]、随机机会约束规划[13]、模型预测[14]都有较好的应用,但随机法与点估计法均需要实际中的大量样本数据,且场景法结果受场景个数的制约,机会约束规划难以保证求解效率与精度.鉴于以上分析,本文建立基于Copula-RCVaR 的区域综合能源系统两阶段鲁棒博弈优化调度模型. Copula-RCVaR模型能够对多个不确定变量耦合、不同决策需求下系统的收益损失风险进行分析与评估. 考虑综合需求响应,利用CCHP机组和虚拟能量厂(virtual energy plant,VEP)平抑RIES 内发电、用电波动性. 采用鲁棒理论,对系统内不确定变量建立不确定性合集,剖析不确定变量与系统经济性、保守性的动态相依关系,探索在不同决策需求下最经济可靠的调度方案. 针对模型特点,利用基于滤子技术的多目标鲸鱼算法进行求解. 以修改的IEEE33节点配电网与CCHP系统耦合形成RIES为例,验证模型能够在保证安全稳定的前提下,平衡各层主体利益,实现电力经济的可持续性发展.1 RIES的建模1.1 RIES的结构及运行方式如图1所示为RIES结构及运行方式示意图.在经典CCHP系统组成的RIES中,加入能量集线器与冷/热/电储能装置. 燃汽轮机是系统中的主要源动设备,发电量与RIES在能量交易中心向上级电网的购电量(包括在日前市场与实时市场的购电)共同承担系统负荷用电,通过余热转换装置与锅炉向系统内用户提供热负荷需求,系统的冷负荷需求由电制冷机和吸收式制冷机提供,电制冷机由电能驱动,吸收式制冷机由热能驱动.系统中,内燃气轮机和锅炉运行所需的天然气由RIES在能量交易中心向上级气网购得(仅在实时市场). 为了减少天然气的消耗,在系统中加入可再生能源电站(图1中的风电场),承担系统内部分电负荷与热负荷需求,可再生能源发电不接受调控且不计发电成本. RIES在日前市场向上级电网购买电量,能量盈余或亏空通过实时市场与上级电、气网的能量交换,调控CCHP机组组风电场图 1 RIES结构及运行示意图Fig.1 Structure and operation of RIES178浙江大学学报(工学版)第 55 卷合出力、VEP 、各能量转换装置得到平衡. 如图1所示,VEP 包括各储能系统与各种类型的可控负荷. 其中可控负荷根据特性分为以下4类[15]. 1)常规负荷(CL ),具有较大的随机性与波动性,且不可调控. 2)迎峰负荷(LSI ),切负荷量较低,一般为该类型总量的15%,补偿价格指数较高. 3)避峰负荷(LSII ),该类型负荷用电灵活性较大,切负荷量较高,为总量的30%,且补偿价格指数较低. 以上3种类型仅有电负荷CL-e/LSI-e/LSII-e. 4)可转移负荷(TL ),在不影响使用舒适度的前提下转移,补偿价格系数较低,但转移前、后的负荷总量不变,分为TL-h/TL-c ,表示热/冷负荷.该模型将RIES 与VEP 作为电力系统中不同的市场主体,针对运营体系及特点,采用双层多目标鲁棒优化对混合系统进行建模. 其中RIES 位于上层,VEP 位于下层. 优化时,先由RIES 向VEP 发送调度计划,VEP 在满足自身运行约束的前提下调控管辖内的可控资源(各储能系统、可控负荷)对该计划实行初步响应;将自身优化的结果反馈至上层,RIES 根据反馈结果进一步调整计划. 过程中,上、下两层信息互相更新与传递,在尽可能满足各系统电力需求的前提下,经济性、社会性最好. CCHP 机组与VEP 的参与可平抑发电与用电的波动性,将盈余电量在实时市场较稳定地外送,使RIES 获利,该运营模式在一定程度上可以提高可再生能源的并网能力. 由于冷/热网中的冷/热惯性,使得冷/热负荷中的不确定性能够被各自传输管道中的管存能力缓解[16],模型只考虑发、用电不确定性.1.2 CCHP 建模CCHP 装置互相耦合,与上级电、气网共同实现对RIES 能源的供应,各装置按如下方式建模.1)燃汽轮机. 出力与耗气量为二次函数.y GT t P e GT t G GT t y GT t 式中:a 1、b 1、c 1为燃汽轮机的耗气常数;、、为t 时刻燃气轮机的运行状态变量、出力和耗气量,其中=1为运行. 燃气轮机应满足P e GT min P e GT max R e GT U R e GT D T on GT T o ffGT式(2)为发电功率约束,式(3)为爬坡约束,式(4)为最小启停时间约束. 式中:、为出力上、下界限;、分别为向上和向下最大爬坡功率,、分别为最小开机和停机时间.2) 余热回收装置. 该装置输出热量与燃汽轮机的出力有关:P h WHR t 式中:a 2、b 2、c 2为耗量系数,为转换的可用热量.3) 电制冷机、吸收式制冷机和锅炉.P c ASR t P e ASR t P c ABS t P h ABS t P h B t G B t 式中:ηABS 、ηASR 分别为吸收式制冷机与电制冷机的效率,ηB 为锅炉热效率,、分别为电制冷机的制冷量与耗电量,、分别为吸收式制冷机的制冷量与吸热量,、分别为锅炉的1.3 数学模型1.3.1 上层模型 C e b C re tP e L t P h L t P c L t P e −s L t P VEP −e i ,tP VEP −h i ,t P VEP −c i ,t式中:ηt 为日前市场电量购买比例;C t S-e 、C t S-h 、C t S-c分别为电、热、冷能出售价格;、分别为日前、实时市场向上级电网的购电价格;C g 为向上级气网的购气价格;、、分别为t 时刻电、热、冷负荷;为电负荷的预测值,、、为RIES 对第i 个VEP 下达的调度计划,上第 1 期李笑竹, 等:区域综合能源系统两阶段鲁棒博弈优化调度[J]. 浙江大学学报:工学版,2021, 55(1): 177–188.179P VEP −e i ,tP grid t标e 、h 、c 表示VEP 类型,>0表示向系统注入能量;为系统与上级电网之间的电量交换,P t grid >0表示RIES 向上级电网售电,反之为购电;C VEP 为VEP 运行成本,由下层模型计算得出返回至上层;C conv 、C ek 为转换装置运行成本及旋转备N e LK W i K L i γW i γL i P u W i ,t P e −u L i ,t 式中:S WHR 、S ABS 、S ASR 分别为余热回收装置、吸收式制冷机、电制冷机的成本系数,N W 、分别为风电站及常规电负荷总数,/、/、Δ/Δ分别为风电/常规电负荷的旋转备用惩罚系数、功率偏差系数及各功率偏差上限.2)目标函数2. RIES 的收益损失风险最小值min f 1.2,详细见2章的风险能量管理模型,此处不赘述.P VEP −e i ,tP VEP −h i ,tP VEP −c i ,tN e v N h v N c v式中:、、分别为通过下层模型优化返回至上层,第i 个虚拟电、热、冷厂在t时刻的调度功率;、、分别为各虚拟电、热、冷厂的个数.上层模型除式(2)~(4)、(7)外,还需满足如P grid tP grid max P gridmin 为了防止RIES 与上级电网之间的联络线功率毛刺过多,使其能够运行平稳,将离散成10的整数倍,设置上、下功率界限为、,最大爬升功率为120 kW ,最小保持功率时间为2 h.1.3.2 下层模型 VEP 将RIES 下达的调用计划分解至各个可控单元上,使得两层之间的调度计划偏差最小,VEP 达到最大的经济效益与社会效益.1)目标函数1. 调度计划偏差最小.P VEP −e i ,t P VEP −h i ,t P VEP −c i ,t式中:、、由上层模型优化所得并传递至下层.2)目标函数2. 经济效益最好,调度成本最小.3)目标函数3. 社会效益最高,受文献[15]中以用电舒适度表征虚拟电厂社会效益方式的启发,以用能舒适度来表征VEP 的社会效益,即负荷切出率和转移率较低,社会效益较好.λe LSI λe LSII λh LT λc LT Lim LSI i ,max Lim LSII i ,max P max −h LT i P max −c LT iP e LSI i ,t P e LSII i ,t P h LT i ,t P c LT i ,t 式中:、、、分别为各类型负荷占该类总负荷比,、、、分别为各类型可控负荷的总量. 从式(17)可以看出,min f 2,3的取值为[0, 1.0],当各可控负荷在调度周期内完全不调用时,、、、均180浙 江 大 学 学 报(工学版)第 55 卷为0,此时用电舒适度最高,min f 2,3=1;当各可控负荷调度总量达到上限时,用电舒适度最低,min f 2,3=0.下层优化模型须满足各储能系统的相关约束. 其中储电约束如下.P e −ch ESS tP e −diss ESS t ρe ESS ηe c ηe d式中:SOC min 、SOC max 分别表示最小、最大充电状态,、分别为最大充、放电功率,、、分别为自放电率、充电率、放电率.储冷储热系统运行方式相同,储热为例,约束如下:P h −ch ESS t P h −diss ESS t 式中:、为最大充放电量.LSI 、LSII 运行方式类似,以LSI 为例,运行约束如下:可转移的冷热负荷运行类似,以热负荷为例:2 风险能量管理建模对1.3.1节上层模型的目标函数2进行建模. 鉴于发电、用电的不确定性,RIES 收益具有风险特征.2.1 CVaR 理论概述CVaR 度量损失的平均情况可以描述尾部风险[6],CVaR 为式中:E (.)为期望函数;x ∈ΩD 为决策变量;y ∈ΩR 为随机变量,概率密度函数为f PDF (y ),f c-l (x ,y )为RIES 的收益损失函数,且E (|f c -l (x ,y )|)<+∞;C α为损失值的阈值;VaR 为在给定置信度β下,RIES 可能遭受的最大损失值. 引入辅助函数计算CVaR ,表示如下:式中:[t ]+=max {t , 0}.2.2 Copula 函数在RIES 中,考虑发电与用电的双重不确定性,根据Copula 函数的性质[16],根据单个随机变量的概率密度函数,可得多个随机变量耦合关系下的联合概率密度函数. 建立2种随机变量情况[17]式中:F 1(y I )、F 2(y II )、f 1(y I )、f 2(y II )分别为随机变量y I 、y II 的累计概率密度函数与概率密度函数;ΩRI 、ΩRII 由鲁棒优化理论进行构建,分别为描述风电、常规电负荷随机性的不确定合集.2.3 随机变量的处理及决策以风电出力为例,利用鲁棒理论,对各时段的输出功率构建加法不确定合集:P e −s W i ,t P e W i ,t P e −u W i ,t γW i ,t式中:、Δ分别为风电场i 在t 时段的预测出力与出力偏差;Δ为出力偏差的上限;第 1 期李笑竹, 等:区域综合能源系统两阶段鲁棒博弈优化调度[J]. 浙江大学学报:工学版,2021, 55(1): 177–188.181ΓW ,t ΓW ,t δW i ,t γW i ,t P e W i ,t 为出力偏差系数;||·||∞为无穷范数;||·||1 ≤表示1范数约束对应不确定变量的空间集群效应,既在某个调度时段各风电场的出力偏差不可能同时达到最大,由此引入空间约束参数来调整不确定合集的边界. 若=||,Δ独立且服从正态分布,记期望和方差为0和σW *,利用Lindeberg-式中:Φ−1(·)为正态分布密度函数的反函数,αW 为风电置信概率.通过构造拉格朗日函数与线性对偶理论可知,考虑在t 时段的最极端情况,风电场出力达到不确定合集下限. 此时仅有一个风电场出力的偏e 同理建立用电不确定性合集,可得空间约束参数与极端功率情况,如下:P e W i ,t P e L i ,t 为了定量分析RIES 的收益风险,建立基于Copula-RCVaR 的多能流收益风险模型. 模型中,x 为上层目标的决策变量,随机变量y I 为风电出力偏差Δ,y II 为常规电负荷偏差Δ,定义系统运行时的损失函数为利润函数的负数,f c-l (x ,y )=−f 1.1,上层模型的目标函数2(min f 1.2)为式(29)的形式.3 模型的求解3.1 多目标鲸鱼优化算法鲸鱼算法(WOA )具有参数设置少、寻优性能强等特点,在求解精度和收敛速度上均优于粒子群算法PSO [18],已成功应用于大规模优化问题上.标准WOA 存在不能有效平衡全局与局部搜索能力,导致在迭代后期算法的多样性丧失,收敛能力不足的问题,如在文献[18]测试问题F2和F21上,算法在迭代最终收敛. 提出相关的改进策略,改进的鲸鱼算法(improved WOA ,IWOA )伪代码如下.算法:IWOA输入:Np (种群规模);D (维度);G (最大迭代次数);A_constant; X (初始种群)输出:x *(最优个体)1.F ←计算X 适应度;x *←从X 中选择最优个体;2.while (迭代停止条件不满足) do3. 通过式(34)、(35)更新a , A , C , l ;4. if |A |≥A_constant5. 在X 中随机选择不同5个个体(x r1, x r2, x r3, x r4, x r5);6. 通过式(36)更新X ;7. else 在X 中随机选择不同2个个体(x r1,x r2);8. 通过式(37)更新X ;end if9. 越界处理;计算F ;更新x *;end while 10. return x *式中:G iter 、G max 分别为当前迭代次数与最大迭代次数;r 为(0,1.0)的随机数;系数A 、C 均由收敛因子a 计算,随着迭代次数由2减小到0;l 为螺旋系数. 设置探索固定值A_constant ,当A ≥ A_con-stant 时执行全局搜索,反之为局部. 借助差分进化算法中个体的合作与竞争指导优化搜索,分别进行螺旋运动和直线运动,更新方式如下:多目标鲸鱼算法借鉴NSGAII 中的精英保留策略,利用外部存档保存进化过程中已经发现的非占优解. 当外部存档超出设定的最大容量时,采用拥挤熵的方式对Pareto 解集进行裁剪[19]. 该方法考虑相邻解的分布情况,能够合理反映非支配解之间的拥挤程度. 从问题的实际出发,需要得到一个满足各个目标的解,使用模糊数学的方式提取最优折中解,选择线性函数作为隶属度函数.3.2 复杂约束条件处理针对RIES 两阶段风险能量管理模型中复杂182浙 江 大 学 学 报(工学版)第 55 卷的等式与不等式约束,采用滤子技术对约束条件进行处理. 构造由目标函数与约束违反度组成的[20]式中:g i(Y)、h n(Y)分别为不等式与等式约束,m、n为对应的个数. 借助Pareto理论,在最小值问题上有如下定义.定义1 若F(Y i)≤F(Y j),G(Y i)≤G(Y j),则称滤子(F(Y i)),G(Y i))支配(F(Y j),G(Y j)).定义2 滤子集内的滤子互不支配.将上层模型中各集线器能量约束(式(12)~(14))与目标函数构造滤子对;其他约束均可以作为边界条件,直接利用元启发式算法处理. 下层模型储电侧电荷约束(18)与目标函数构造滤子对;可以转移冷热负荷、储能系统的可持续运行约束(20)、(22)、(25),采用动态可松弛约束处理方式[21]. 以储电为例,计算约束违反程度记为εESS-e,根据边界条件计算松弛度,根据松弛度确定调整量;其他约束可以作为边界条件.3.3 求解流程模型整体求解包括约束处理流程,如图2所示.图 2 优化调度模型的求解流程图Fig.2 Flow chart of solution process4 结果与讨论4.1 算例说明以修改的IEEE33节点配电网与CCHP系统耦合形成RIES,CCHP内设备及参数见表1、2. 表中,P max、P min分别为功率的上、下界,η为能效,C c为成本价格,GT为燃气轮机,WHR为余热回收装置,ABS为吸收式制冷机,ASR为电制冷机,表 1 CCHP内设备参数设置1Tab.1 Parameter setting 1 of each device in CCHP设备a i b i c i P max /kWP min /kWT on/offGT/hR eGTU/D/(kW·h−1)GT 2.15 2.210.1119040380 WHR27.0−3.300.7460000−−表 2 CCHP内设备参数设置2Tab.2 Parameter setting 2 of each device in CCHP 设备ηC c /(美元·kW−1)P max /kW GT−−−WHR−0.01674−ABS0.700.0122000 ASR 3.080.0152000 BO0.85−500第 1 期李笑竹, 等:区域综合能源系统两阶段鲁棒博弈优化调度[J]. 浙江大学学报:工学版,2021, 55(1): 177–188.183BO 为锅炉. RIES 包含3个虚拟能量厂,分别实现RIES 内电、热、冷负荷的需求响应,虚拟能量厂的相关参数如表3所示. 表中,VEP-e 、VEP-h 、VEP-c 分别表示电、热、冷的虚拟能量厂,P t 为占比,SOC 为容量,P ESS 为最大充放电功率,SOC pu 为归一化后的容量. 配电网中1为根节点,与上级电网相连,节点15接入总容量为55 MW 的风电厂群. 区域内电、冷、热负荷及风电出力预测见图3.图中,P L 为预测电荷. 电负荷的85%购自日前市场,设购买价格为0.4 kW·h/美元,电能在实时市场的交易价格与用电量有关,如图4所示,天然气购买价格为0.22 Kcf·h/美元. RIES 的电、热、冷售价见图4. 图中,C c 为价格. 风电、常规电负荷的惩罚系数为0.65、0.60 kW/美元.4.2 鲁棒决策分析鲁棒优化是在不确定变量的极端情况下系统进行的优化调度. 根据2.3节的分析,可以推出系统在所考虑的极端情况之外运行的概率:为了分析风电与负荷的置信概率与总数和系统运行在所考虑极端情况外的概率P OE 的关系,分别针对单个不确定变量与多不确定变量互相耦合的情况进行研究. 图5中,αW 、αL 分别为风电置信概率和常规电负荷置信概率,N W 、N L 分别为风电场数量和常规电负荷总数. 如图5(a )所示为单图 3 风电出力及各负荷的日前预报曲线Fig.3 Daily forecast of wind power output and load图 4 价格趋势图Fig.4 Price trend chart0.20.40.60.81.00.10.20.30.40.50.60.70.20.40.60.81.0P OEP 图 5 在极端情况外运行的概率关系Fig.5 Relation of operating outside extreme scenario表 3 虚拟能量厂相关参数设置Tab.3 Parameter setting of VEP类型参数数值VEP-e VEP-h VEP-c LSI P t20%−−LSI ξe LSI /(kW·h·美元−1)0.7−−LSII P t30%−−LSII ξe LSII /(kW·h·美元−1)0.45−−LT P t−25%20%LT P LT min ,t−00LT P LT max ,t−0.50.5LT ξLT /(kW·h·美元−1)−0.40.4ESS SOC/kW 250500500ESS P ESS /kW 100200200ESS ρ, ηc , ηd 1%, 0.9, 0.9−−ESS SOC pu0.2~0.9−−ESSξESS /(kW·h·美元−1)0.450.50.5184浙 江 大 学 学 报(工学版)第 55 卷个不确定变量(以风电为例),如图5(b )、(c )所示分别为2个不确定变量耦合. 图5(a )中,常规电负荷总数、置信概率固定分别为20、0.6;图5(b )中,风电常规电负荷总数均为15;图5(c )中,风电常规电负荷置信概率均为15.从图5(a )可以看出,不确定变量的置信概率增大,超出极端情况的概率降低;不确定变量总个数减小,该概率升高. 多个不确定变量耦合下超出极端情况概率的等高线间距增加且不等,说明该情况下不确定变量对系统的影响更加复杂.较图5(c )、(b )中小概率等高线包含区域较小,置信概率对系统超出极端情况的概率影响较明显.4.3 互动性分析基于建立的Copula-RCVaR 模型,对以下4个算例进行分析. 算例1:RIES 含虚拟冷/热/电厂;算例2:RIES 仅含虚拟热厂与虚拟冷厂;算例3:RIES 仅含虚拟电厂;算例4:RIES 完全不含虚拟能量厂,可调度仅为燃气轮机与锅炉. 设发电与用电偏差服从正态分布(预测精度为68.27%),考虑空间集群效应,总数量均为20,置信概率均为0.6. 运行结果见表4,虚拟能量厂优化方案见图6.表4中,B RIES 为RIES 利润,D VEP-e 、D VEP-h 、D VEP-c 分别为VEP-e 、VEP-h 、VEP-c 调度偏差功率,C VEP-e 、C VEP-h 、C VEP-c 分别为VEP-e 、VEP-h 、VEP-c 调度成本,S VEP-e 、S VEP-h 、S VEP-c 分别为归一化后的VEP-e 、VEP-h 、VEP-c 社会成本. 图6中,P 为功率,LSI-e 、LSII-e 分别表示迎峰电负荷和避峰电负荷,ESS-e 表示储电系统,LT-h 表示可转移热负荷,ESS-h 表示储热系统,LT-c 表示可转移冷负荷,ESS-c 表示储冷系统.从表4可以看出,随着不同类型VEP 的加入,对更多种类的可调度资源与储能装置集中管理,系统内包含的可调度资源种类增加,调度变得更加灵活,偏差随之减小,情况1(虚拟冷、热、电厂全参与的情况)下的偏差较情况3(仅有虚拟电厂参与的情况)下减小6%. 虚拟冷/热厂中包含的可控负荷主要为TL-h/TL-c ,基于该类型负荷转移前后负荷总量不变的强约束条件,使得可转移负荷数量增加,RIES 与VEP 之间的偏差大大降低. 随着可调控资源数量的增加,分摊了VEP 在调控时的经济与社会成本,各类可控资源充分全面参与调度,VEP 的经济运行成本在VEP 全参与下较仅有虚拟电厂时减少36.3%,较虚拟冷、热厂参与时分别减少17.1%、6%;社会成本相应提高,用户的用电舒适度增高;RIES 利润逐渐增加,图 6 各算例下虚拟能量厂优化方案Fig.6 Optimization plan of VEP of each case表 4 各算例下的运行结果Tab.4 Operation result of each case算例B RIES 利润/(105美元)D VEP-e /MW D VEP-h /MW D VEP-c /MW C VEP-e /(103 美元)C VEP-h /(103 美元)C VEP-c /(103 美元)S VEP-e S VEP-h S VEP-c 算例18.62 6.008.54 2.23 2.87 4.75 1.910.810.610.71算例28.53−17.20 6.17− 5.56 1.97−0.530.60算例38.50 6.36−− 3.04−−0.77−−算例48.46−−−−−−−−−第 1 期李笑竹, 等:区域综合能源系统两阶段鲁棒博弈优化调度[J]. 浙江大学学报:工学版,2021, 55(1): 177–188.185VEP 全参与下的经济成本较不含VEP 降低1.9%.从图6可以看出,在用电高峰时段(11时—13时、19时—22时),VEP 向RIES 注入能量,保证供需与电量平衡;RIES 将盈余电量以较高的实时电价,在能量交易中心通过实时市场较平稳外送至上级电网,在保证大电网稳定运行的前提下解决负荷集中地区的高峰用电需求. 在低耗电时期,VEP 向RIES 吸收能量,以满足自身区域内可控资源的运行需求. 对比图6中各算例VEP 的调度方案可知,VEP 全参与下的计划较其他2种方式更平稳,图6(a )的累积调度相对集中在[−600,600] kW ,与表4的结果吻合.4.4 运行结果敏感性分析4.4.1 不确定变量置信概率的影响 分析各不确定合集的置信概率对RIES 利润、收益损失风险的影响. 在相同风险阈值下,CVaR 置信度为0.95;不确定变量的预测精度均为68.27%;风电场、常规电负荷总数分别为20、32,不同置信概率α下的RIES 利润、收益损失风险见表5. 表中,收益损失风险为归一化后的数值. 可以看出,随着置信概率的不断减小,不确定合集区间逐渐收缩,系统所需旋转备用成本不断减小,RIES 利润随之升高;系统的收益损失风险为仅考虑系统不确定合集内的不确定性计算而来,由于不确定合集收缩,RIES 收益损失风险逐渐减小,意味着系统运行时面临的风险逐渐减小. 盲目减小置信概率,会使得系统运行在极端情况外的概率大大增加,当置信概率降至20%时,该概率为100%. 当置信概率为30%~45%时,RIES 利润增加最快,收益损失风险下降最快;当置信概率为45%~60%时,极端情况外运行概率处于可接受的低概率段.如图7所示为当α=55.5%时,上层与下层的Pareto 有效前沿. 图中,CVaR RIES 为RIES 收益风险,D B 为RIES 利润的相反数. 可以看出,利用改进的多目标鲸鱼算法得到的Pareto 解集较均匀地分布在Pareto 前沿上,具有较好的分布性. Pareto 解集中的每一点对应在该利润与收益损失风险下的RIES 及各VEP 的优化运行策略. 系统调度员可以根据实际中的不同情况,平衡RIES 风险与利润、各VEP 的偏差与成本进行决策,寻找合适的最优折中解.为了说明Pareto 最优解集为有效解,当α=55.5%时双层模型中各目标函数的收敛情况如图8所示. 图中,D VEP 为调度偏差功率,N it 为迭代次数.图 7 α=55.5% 时的 Pareto 有效前沿Fig.7 Pareto frontier for α=55.5%表 5 不同置信概率下的结果比较Tab.5 Results with different confidence probabilitiesα/%空间约束参数B RIES /(105美元)CVaR RIES P OE /%ΓW ,tΓe L ,t6019.230.28.220.982 50.0255.517.627.48.450.911 80.094514.521.68.710.784 5 1.11309.714.69.280.536 124.2320 5.98.69.530.351 3100.00100.590.899.660.351 3100.00186浙 江 大 学 学 报(工学版)第 55 卷。

计量经济学中英文词汇对照

计量经济学中英文词汇对照

Controlled experiments Conventional depth Convolution Corrected factor Corrected mean Correction coefficient Correctness Correlation coefficient Correlation index Correspondence Counting Counts Covaห้องสมุดไป่ตู้iance Covariant Cox Regression Criteria for fitting Criteria of least squares Critical ratio Critical region Critical value
Asymmetric distribution Asymptotic bias Asymptotic efficiency Asymptotic variance Attributable risk Attribute data Attribution Autocorrelation Autocorrelation of residuals Average Average confidence interval length Average growth rate BBB Bar chart Bar graph Base period Bayes' theorem Bell-shaped curve Bernoulli distribution Best-trim estimator Bias Binary logistic regression Binomial distribution Bisquare Bivariate Correlate Bivariate normal distribution Bivariate normal population Biweight interval Biweight M-estimator Block BMDP(Biomedical computer programs) Boxplots Breakdown bound CCC Canonical correlation Caption Case-control study Categorical variable Catenary Cauchy distribution Cause-and-effect relationship Cell Censoring

机器学习技术中的迁移学习算法

机器学习技术中的迁移学习算法

机器学习技术中的迁移学习算法迁移学习算法是机器学习领域中的重要技术之一。

它旨在通过将一个任务中学习到的知识应用到另一个相关任务上,来提高模型的性能和泛化能力。

在实际应用中,迁移学习算法可以帮助解决数据不足、领域差异大和时间成本高等问题,同时还能加速模型的训练和优化过程。

本文将详细介绍几种常见的迁移学习算法。

一、领域自适应(Domain Adaptation)领域自适应是迁移学习中常用的算法之一,其目的是将源领域的知识迁移到目标领域上。

在领域自适应中,我们假设源领域和目标领域具有一定的关联性,但存在一定的差异。

该算法通过对源领域数据进行特征选择、特征映射或数据重标定等方式,使得源领域的知识在目标领域中仍然有效。

领域自适应算法可以通过最大化源领域和目标领域之间的相似性,进一步优化模型的泛化能力。

二、迁移聚类(Transfer Clustering)迁移聚类是迁移学习中的一个重要分支领域,其目的是通过迁移学习算法将源领域中学习到的聚类信息应用到目标领域中。

在迁移聚类中,我们利用源领域数据的聚类结果来辅助目标领域的聚类任务,并通过相似性匹配来找到对应的类别。

迁移聚类算法可以有效地减少目标领域样本的标注成本,提高聚类效果和效率。

三、迁移深度学习(Transfer Learning with Deep Learning)迁移深度学习是近年来兴起的一种迁移学习算法,其基于深度学习网络模型,并结合领域自适应和迁移学习的思想,进一步提高模型的性能。

迁移深度学习算法主要利用预训练的深度神经网络模型,在源领域上进行训练,然后将该模型应用到目标领域上重新调优和微调。

通过这种方式,可以利用源领域的大规模标注数据来提取通用的特征表示,从而加速目标领域模型的训练和迭代过程。

四、迁移度量学习(Transfer Metric Learning)迁移度量学习是一种通过建立距离度量或相似度度量来实现迁移学习的算法。

在迁移度量学习中,我们迁移源领域的度量矩阵到目标领域,从而通过学习目标领域的度量矩阵,来优化模型的分类效果。

莱文斯坦 聚类算法-概述说明以及解释

莱文斯坦 聚类算法-概述说明以及解释

莱文斯坦聚类算法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述莱文斯坦聚类算法是一种基于字符串相似度的聚类方法,通过计算字符串之间的莱文斯坦距离来确定它们的相似程度,进而将相似的字符串聚合在一起。

与传统的基于欧氏距离或余弦相似度的聚类方法不同,莱文斯坦距离考虑了字符串之间的编辑操作数量,使得算法在处理拼写错误或简单文本转换时具有更好的鲁棒性。

本文将介绍莱文斯坦聚类算法的原理及其应用场景,探讨其优缺点,并展望未来在文本数据处理和信息检索领域的潜在发展。

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1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分中,将介绍莱文斯坦聚类算法的概述、文章结构和目的。

在正文部分将详细介绍什么是莱文斯坦聚类算法、莱文斯坦距离的概念以及莱文斯坦聚类算法的应用。

最后,结论部分将对整篇文章进行总结,评述算法的优缺点,并展望未来在该领域的发展方向。

通过这样的结构,读者可以全面了解莱文斯坦聚类算法的原理、应用以及未来发展前景。

1.3 目的莱文斯坦聚类算法是一种基于编辑距离的聚类方法,旨在利用文本、字符串等数据之间的相似度来实现有效的聚类。

本文旨在介绍莱文斯坦聚类算法的原理、应用和优缺点,帮助读者了解该算法在数据挖掘和文本处理领域的重要性和应用价值。

通过深入探讨莱文斯坦距离的概念和莱文斯坦聚类算法的实际应用案例,读者可以更加全面地了解该算法的工作原理和效果。

同时,本文还将评述莱文斯坦聚类算法的优缺点,并展望未来该算法在数据处理和信息检索领域的发展方向和潜力,为读者提供对该算法的全面认识和深入理解。

2.正文2.1 什么是莱文斯坦聚类算法:莱文斯坦聚类算法是一种基于字符串相似度的聚类算法。

在传统的聚类算法中,通常是通过计算样本之间的距离来进行聚类,而莱文斯坦聚类算法则是通过计算字符串之间的相似度来进行聚类。

莱文斯坦距离是用来衡量两个字符串之间的相似度的一种指标。

基于平衡概率分布和实例的迁移学习算法

基于平衡概率分布和实例的迁移学习算法

㊀第52卷第3期郑州大学学报(理学版)Vol.52No.3㊀2020年9月J.Zhengzhou Univ.(Nat.Sci.Ed.)Sep.2020收稿日期:2019-09-25基金项目:河南省高校科技创新团队支持计划项目(17IRTSTHN013)㊂作者简介:黄露(1994 ),女,河南驻马店人,硕士研究生,主要从事智能控制理论㊁机器学习研究,E-mail:1751037268@;通信作者:曾庆山(1963 ),男,湖北武汉人,教授,主要从事智能控制理论㊁复杂系统的建模研究,E-mail:huanglulu823@㊂基于平衡概率分布和实例的迁移学习算法黄㊀露,㊀曾庆山(郑州大学电气工程学院㊀河南郑州450001)摘要:在联合匹配边缘概率和条件概率分布以减小源域与目标域的差异性时,存在由类不平衡导致模型泛化性能差的问题,从而提出了基于平衡概率分布和实例的迁移学习算法㊂通过基于核的主成分分析方法将特征数据映射到低维子空间,在子空间中对源域与目标域的边缘分布和条件分布进行联合适配,利用平衡因子动态调节每个分布的重要性,采用加权条件概率分布自适应地改变每个类的权重,同时融合实例更新策略,进一步提升模型的泛化性能㊂在字符和对象识别数据集上进行了多组对比实验,表明该算法有效地提高了图像分类的准确率㊂关键词:迁移学习;平衡分布;类不平衡;实例更新;领域自适应中图分类号:TP3㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1671-6841(2020)03-0055-07DOI :10.13705/j.issn.1671-6841.20194390㊀引言我们正处在一个飞速发展的大数据时代,每天各行各业都产生海量的图像数据㊂数据规模的不断增大,使得机器学习的模型能够持续不断地进行训练和更新,从而提升模型的性能㊂传统的机器学习和图像处理中,通常假设训练集和测试数据集遵循相同的分布,而在实际视觉应用中相同分布假设很难成立,诸如姿势㊁光照㊁模糊和分辨率等许多因素都会导致特征分布发生改变,而重新标注数据工作量较大,且成本较高,也就形成了大量的不同分布的训练数据,如果弃之不用则会造成浪费㊂如何充分有效地利用这些不同分布的训练数据,成为计算机视觉研究中的一个具有挑战性的问题㊂而迁移学习是针对此类问题的一种有效解决方法,能够将知识从标记的源域转移到目标域,用来自旧域的标记图像来学习用于新域的精确分类器㊂目前,迁移学习已经成为人工智能领域的一个研究热点㊂其基本方法可以归纳为4类[1],即基于特征㊁基于样本㊁基于模型及基于关系的迁移㊂其中基于特征的迁移学习方法是指通过特征变换的方法,来尽可能地缩小源域与目标域之间的分布差异,实现知识跨域的迁移[2-8]㊂文献[2]提出迁移主成分分析(transfercomponent analysis,TCA),通过特征映射得到新的特征表示,以最大均值差异(maximum mean discrepancy,MMD)作为度量准则,将领域间的边缘分布差异最小化㊂由于TCA 仅对域间边缘分布进行适配,故而有较大的应用局限性㊂文献[3]提出的联合分布自适应(joint distribution adaptation,JDA)在TCA 的基础上增加对源域和目标域的条件概率进行适配,联合选择特征和保留结构性质,将域间差异进一步缩小㊂基于样本的迁移方法通常对样本实例进行加权[9-10],以此来削弱源域中与目标任务无关的样本的影响,不足之处是容易推导泛化误差上界,应用的局限性较大㊂基于模型的迁移方法则是利用不同域之间能够共享的参数信息,来实现源域到目标域的迁移㊂而基于关系的迁移学习方法关注的是不同域的样本实例之间的关系,目前相关方面的研究较少㊂本文提出的基于平衡概率分布和实例的迁移学习算法(balanced distribution adaptation and instance basedtransfer learning algorithm,BDAITL)是一种混合算法,结合了上述的基于特征和样本实例这两种基本的迁移算法㊂在多个真实数据集上进行的多组相关实验表明,BDAITL 算法模型泛化性能良好㊂郑州大学学报(理学版)第52卷1㊀问题描述迁移学习就是把源域中学习到的知识迁移到目标域,帮助目标域进行模型训练㊂领域和任务是迁移学习的两个基本概念㊂下面从领域和任务的定义方面,对要解决的问题进行描述[1]㊂定义1㊀领域D 是迁移学习中进行学习的主体,由特征空间χ和边缘概率分布P (X )组成,可以表示为D ={χ,P (X )},其中:特征矩阵X ={x 1,x 2, ,x n }ɪχ㊂领域与领域之间的不同一般有两种情况,特征空间不同或边缘概率分布不同㊂定义2㊀给定一个领域D ,任务T 定义为由类别空间Y 和一个预测函数f (x )构成,表示为T ={Y ,f (x )},其中类别标签y ɪY ㊂问题1㊀给定一个有完整标注的源领域D s ={x i ,y i }nsi =1和源任务T s ㊂一个没有任何标注的目标领域D t ={x j }n tj =1和目标任务T t ㊂假设D s 和D t 有相同的特征空间和类别空间:即χs =χt ㊁Y s =Y t ;以及不同的分布:即边缘概率分布P (X s )ʂP (X t )㊁条件概率分布P (y s /x s )ʂP (y t /x t )㊂迁移学习最终的目标是,迁移D s 和T s 中的知识以帮助D t 和T t 训练预测函数f (x ),提升模型的性能㊂2㊀基于平衡概率分布和实例的迁移学习算法BDAITL 算法从特征和样本实例两个层面进行知识的迁移㊂首先,使用基于核的主成分分析法(Kernelprincipal component analysis,KPCA),采用非线性映射将源域与目标域的高维数据映射到一个低维子特征空间㊂然后,在子空间内采用MMD 方法联合匹配域间的边缘分布和条件分布㊂与JDA 直接忽略两者之间重要性不同的是,BDAITL 算法采用平衡因子来评估每个分布的重要性[4]㊂另外,JDA 在适配条件分布时,由于目标域无标签,无法直接建模,采用了类条件概率来近似㊁隐含地假设每个域中该类的概率是相似的,而实际应用中通常是不成立的㊂而BDAITL 算法在适配条件分布时,充分考虑类不平衡问题,采用加权来平衡每个域的类别比例,得出了更为稳健的近似㊂最后,考虑源域中并不是所有的样本实例都与目标任务的训练有关,采用L 2,1范数将行稀疏性引入变换矩阵A ,选择源域中相关性高的实例进行目标任务模型的训练㊂BDAITL 算法的具体过程在下文介绍㊂2.1㊀问题建模首先,针对源域和目标域特征维数过高的问题,对其进行降维重构,最大限度地最小化领域间的分布差异,从而利于判别信息从源域到目标域的迁移㊂记X =[X s ,X t ]=[x 1,x 2, ,x n ]ɪR m ˑn 表示源域和目标域的所有样本组成的矩阵,中心矩阵表示为H =I -(1/n )1,其中:m 表示样本维数;n =n s +n t 表示样本总数;1ɪR nˑn表示元素全为1的矩阵㊂PCA 的优化目标是找到正交变换V ɪR m ˑq ,使样本的协方差矩阵XHX T最大化,即max tr(V T XHX T V ),s.t .V T V =I ,(1)其中:q 为降维后特征子空间基向量的个数;新的特征表示为Z =V T X ㊂本文使用KPCA 方法对源域和目标域数据降维㊂利用KPCA 方法,应用核映射X ңΨ(X )对PCA 进行非线性推广,获取数据的非线性特征,相应的核矩阵为K =Ψ(t )T Ψ(t )ɪR n ˑn ,对式(1)进行核化后可得max tr(A T KHK T A ),s.t .A T A =I ,(2)其中:A ɪR nˑq是变换矩阵;核化后的特征表示为Z =A T K ㊂其次,平衡概率分布㊂迁移学习需要解决的一个主要问题是减小源域与目标域之间的分布差异,包括边缘分布和条件分布,将不同的数据分布的距离拉近㊂本文采用MMD 方法来最小化源域与目标域之间的边缘分布P (X s )㊁P (X t )以及条件分布P (y s /x s )㊁P (y t /x t )的距离㊂即D (D s ,D t )=(1-μ) P (X s )-P (X t ) +μ P (y s /x s )-P (y t /x t ) =(1-μ)MMD 2H (P (X s ),P (X t ))+μMMD 2H (P (y s /x s ),P (y t /x t )),(3)其中:μɪ[0,1]是平衡因子㊂当μң0时,表示源域和目标域数据本身存在较大的差异性,边缘分布更重65㊀第3期黄㊀露,等:基于平衡概率分布和实例的迁移学习算法要;当μ=0时,即为TCA;当μң1时,表示域间数据集有较高的相似性,条件分布适配更为重要;当μ=0.5时,即为JDA㊂也就是说,平衡因子根据实际数据分布的情况,来动态调节每个分布的重要性㊂源域与目标域边缘概率分布的MMD 距离计算如下,M o 是MMD 矩阵,MMD 2H(P (X s ),P (X t ))= 1n s ðns i =1A T k i -1n t ðn s +nt j =n s +1A Tk j 2H=tr(A T KM o K T A ),(4)M o (i ,j )=1/(n s )2,x i ɪD s ,x j ɪD s ,1/(n t )2,x i ɪD t ,x j ɪD t ,-1/n s n t ,其他㊂ìîíïïïï(5)适配源域与目标域的条件概率分布时,采用加权来平衡每个域的类别比例㊂具体为P (y s x s)-P (y t x t) 2H = P (y s )P (x s )P (x s y s)-P (y t )P (x t )P (x t y t) 2H= αs P (x s y s)-αt P (x t y t) 2H ,(6)其中:αs ㊁αt 表示权值㊂故源域与目标域条件概率分布的MMD 距离计算为MMD 2H(P (y s x s),P (y t x t))=ðCc =1αc sns(c )ðx i ɪD s(c )A Tk i -α(c )tn t(c )ðx j ɪD t(c )A Tk j 2H=ðCc =1tr(ATKM c K T A ),(7)其中:c ɪ(1,2, ,C )表示样本类别;D (c )s ㊁D (c )t 和n (c )s ㊁n (c )t分别表示源域和目标域中属于类别c 的样本集合和样本数;M c 为每一类别的加权MMD 矩阵,M c (i ,j )=P (y (c )s )/n (c )s n (c )s ,x i ɪD (c )s ,x j ɪD (c )s ,P (y (c )t )/n (c )t n (c )t ,x i ɪD (c )t ,x j ɪD (c )t ,-P (y (c )s )P (y (c )t )/n (c )s n (c )t ,x i ɪD (c )s ,x j ɪD (c )t 或x i ɪD (c )t ,x j ɪD (c )s ,0,其他㊂ìîíïïïïïï(8)综合式(2)㊁式(3)㊁式(7)和式(8),可得源域和目标域的平衡概率分布D (D s ,D t )=(1-μ)tr(A TKM o K TA )+μðCc =1tr(A T KM c K T A )=(1-μ)tr(A T KM o K T A )+μtr(A T KW c K T A ),(9)其中:W c =ðCc =1M c㊂最后,实例更新㊂源域中通常会存在一些特殊的样本实例,对于训练目标域的分类模型是没有用的㊂由于变换矩阵A 的每一行都对应一个实例,基于它们与目标实例的相关性,行稀疏性基本上可以促进实例的自适应加权,实现更新学习㊂故本文对变换矩阵中与源域相关的部分A s 引入L 2,1范数约束,同时对与目标域相关的部分A t 施加F 范数约束,以保证模型是良好定义的㊂即A s 2,1+ A t 2F ㊂(10)㊀㊀通过最小化式(10)使得式(2)最大化,与目标实例相关(不相关)的源域实例被自适应地重新加权,在新的特征表示Z =A T K 中具有更大(更少)的重要性㊂综上所述,可得本文的最终优化目标min (1-μ)tr(A T KM o K T A )+μtr(A T KW c K T A )+λ( A s 2,1+ A t 2F )㊀s.t.A T KHK T A =I ,(11)其中:λ是权衡特征匹配和实例重新加权的正则化参数,能够控制模型复杂度并保证模型正定㊂2.2㊀目标优化式(11)所示目标函数是一个带有约束的最优化问题,利用Lagrange 法进行求解,记L =(1-μ)tr(A T KM o K T A )+μtr(A T KW c K T A )+λ( A s 2,1+ A t 2F )-tr((I -A T KHK T A )Φ)为式(11)的Lagrange 函数,Φ为Lagrange 乘子㊂∂L /∂A =(K ((1-μ)M o +μW c )K T +λG )A -KHK T AΦ,令∂L /∂A =0可得,(K ((1-μ)M o +μW c )K T +λG )A =KHK T AΦ㊂由于在零点并不是平滑的,故子梯度的计算为∂( A s 2,1+ A t 2F )/∂A=2GA ,其中:G 是一个子梯度矩阵,且75郑州大学学报(理学版)第52卷G ii =1/(2 a i),x i ɪD s ,a i ʂ0,0,x i ɪD s ,a i =0,1,x i ɪD t ,ìîíïïïï其中:a i 是矩阵A 的第i 行㊂这样将求解变换矩阵A 归结为求解特征分解,得到q 个最小的特征向量㊂3㊀实验结果及分析3.1㊀实验数据集为了研究和测试算法的性能,在不同的数据集上进行测试实验㊂USPS 和MNIST 是包含0~9的手写数字的标准数字识别数据集,分别包含训练图像60000幅和7291幅以及测试图像10000幅和2007幅,示例如图1所示㊂office 由3个对象域组成:amazon (在线电商图像)㊁webcam (网络摄像头拍摄的低解析度图像)㊁DSLR(单反相机拍摄的高清晰度图像),共有4652幅图像,31个类别㊂caltech-256是对象识别的基准数据集,共有30607幅图像,256个类别,示例如图2所示㊂图1㊀MINST 和USPS 数据集图片示例Figure 1㊀Example of MINST and USPSdataset图2㊀office 和caltech-256数据集图片示例Figure 2㊀Example of office and caltech-256dataset㊀㊀本文实验采用文献[5]中的方法预处理数据集MNIST 和USPS,以及文献[6]中方法的预处理数据集office 和caltech-256㊂其统计信息如表1所示,数据子集M 和U 分别作为源域和目标域,可构建M ңU ㊁U ңM 两个跨域迁移学习任务㊂数据子集A ㊁W ㊁D 和C 中任意两个作为源域和目标域,可构建12个跨域迁移学习任务,记为:D ңW ㊁D ңC ㊁ ㊁A ңC ㊂表1㊀实验数据子集的统计信息Table 1㊀Dataset used in the experiment数据集样本数特征维数类别数子集MNIST 200025610M USPS180025610Uoffice +caltech-256253380010A ,W ,D ,C3.2㊀实验结果分析实验验证环节,将BDAITL 方法与用于图像分类问题的6种相关方法进行了比较,即最近邻算法(nea-rest neighbor,NN)㊁主成分分析法(principal component analysis,PCA)㊁TCA㊁基于核的测地流形法(geodesicflow kernel,GFK)㊁JDA 以及转移联合匹配方法(transfer joint matching,TJM)㊂评价准则是目标域中的样本分类准确率(accuracy ),具体计算为accuracy =x :x ɪD t ɘy ^(x )=y (x )/x :x ɪD t,其中:x 表示目标域中的测试样本;y (x )表示其真实标签;y ^(x )表示其预测标签㊂实验结果如表2所示,分别设置q =40㊁λ=1㊁迭代次数t =10㊂如表2所示,BDAITL 算法的分类准确率相较于传统方法NN 和PCA 有明显的提升㊂与经典迁移学习算法TCA㊁GFK㊁JDA㊁TJM 相比,BDAITL 算法的分类准确率在大部分的跨域学习任务中有较大幅度的提高,85㊀第3期黄㊀露,等:基于平衡概率分布和实例的迁移学习算法㊀㊀表2㊀7种算法在14个迁移任务中的平均准确率Table2㊀Accuracy comparison of7algorithms on14cross-domain tasks数据集平均准确率/%NN PCA TCA GFK JDA TJM BDAITLDңW63.3975.9386.4475.5989.4985.4291.19 DңC26.2729.6532.5030.2830.9931.4333.57 DңA28.5032.0531.5232.0532.2532.6134.76 WңD25.8477.0785.9980.8989.1789.7392.99 WңC19.8626.3627.1630.7231.1730.1933.93 WңA22.9631.0030.6929.7532.7829.2633.51 CңW25.7632.5436.6140.6838.6437.9744.41 CңD25.4838.2245.8638.8545.2243.3146.50 CңA23.7036.9544.8941.0242.9046.6646.87 AңW29.8335.5937.6338.9837.9740.7443.05 AңD25.4827.3931.8536.3139.4942.1746.50 AңC26.0034.7340.7840.2538.3639.4541.23 MңU65.9466.2254.2867.2262.8962.3776.00 UңM44.7044.9552.2046.4557.4552.2563.05其中在任务MңU中较其最佳基准算法(GFK)提高了8.78%,这表明BDAITL算法在适配条件概率时采用加权来平衡每个域的类别比例对算法的性能提升是有效的,是平衡域之间不同类别分布的有效方法㊂同时实例的更新学习也能够削弱一些不相关实例的影响,一定程度上提升了算法的性能㊂3.3㊀参数分析在本文的BDAITL算法的优化模型中,设置了3个参数,即平衡因子μ㊁正则化参数λ以及子空间纬度q㊂实验中通过保持其中两个参数不变,改变第3个参数的值来观察其对算法性能的影响㊂平衡因子μ可以通过分别计算两个领域数据的整体和局部的分布距离来近似给出㊂为了分析μ在不同的取值下对BDAITL算法性能的影响,取μɪ{0,0.1,0.2, ,0.9},实验结果如表3所示㊂从表中可以看出,不同的学习任务对于μ的取值敏感度不完全相同,如DңW㊁WңD㊁CңD㊁MңU㊁UңM分别在0.6㊁0.4㊁0.6㊁0.2㊁0.3时取得最大的分类准确率,μ值越大说明适配条件概率分布越重要㊂它表明在不同的跨领域学习问题中,边缘分布自适应和条件分布自适应并不是同等重要的,而μ起到了很好的平衡作用㊂表3㊀μ的取值对BDAITL算法准确率的影响Table3㊀Influence ofμon the accuracy of the BDAITL algorithm数据集准确率/%μ=0μ=0.1μ=0.2μ=0.3μ=0.4μ=0.5μ=0.6μ=0.7μ=0.8μ=0.9DңW89.1590.8590.5190.5190.1790.5191.1990.8590.8590.53 DңC32.3232.2832.2432.6832.7732.5933.5732.8632.6832.41 DңA32.9933.6134.3434.6634.6634.7634.2433.6133.5133.19 WңD89.8190.4591.0892.3692.9992.3691.7291.0890.4589.17 WңC34.7334.6434.2833.9333.7533.5733.2133.1333.4833.84 WңA31.5232.0532.2531.9432.5732.4632.7833.0933.0933.51 CңW39.3238.6438.9840.3442.0342.3743.7344.4143.3943.05 CңD42.6842.6843.3143.3143.9543.9546.5043.9543.9543.31 CңA45.8245.8245.7245.9346.3546.4546.6646.5646.8746.87 AңW41.6941.3641.3642.0342.7143.0542.3741.0240.6840.00 AңD46.5045.8644.5943.9543.9544.5946.5045.8645.2244.59 AңC41.1441.2340.6941.0541.0540.8740.7840.3440.5240.61 MңU62.1774.6176.0075.2874.7273.8973.4472.5673.1173.28 UңM49.9561.5062.7063.0561.8061.6561.8561.6061.4561.20㊀㊀表4是q分别取20㊁40㊁60㊁80㊁100㊁140㊁180㊁220㊁260㊁300时,BDAITL算法的分类准确率的变化情况㊂从表中可以看出,不同的迁移学习任务在达到最优性能时,所对应的q是不同的,即不同任务的最优子空间纬度是不同的,如DңW㊁WңD㊁CңD㊁MңU㊁UңM的最优子空间纬度分别是80㊁100㊁80㊁60㊁60㊂95郑州大学学报(理学版)第52卷表4㊀q的取值对BDAITL算法准确率的影响Table4㊀Influence of q on the accuracy of the BDAITL algorithm数据集准确率/%q=20q=40q=60q=80q=100q=140q=180q=220q=260q=300DңW89.1591.1992.5492.8892.2090.1789.8389.4989.1589.15 DңC33.0433.5733.2133.6633.3932.3232.8632.5032.0631.97 DңA35.1834.2432.4633.4032.1532.7832.5732.4632.2532.05 WңD89.1791.7291.0889.1792.3691.7291.0890.4588.5487.26 WңC32.9533.2132.5932.5033.3032.5033.2132.7732.0631.52 WңA33.0932.7833.5132.9934.1333.0932.4633.9234.3433.92 CңW41.6942.3740.6840.3439.3239.6639.6640.3440.0039.66 CңD47.7746.5047.1348.4145.8645.2247.1345.2245.2244.59 CңA45.5146.6645.8247.1847.6046.3545.6244.5744.4743.95 AңW46.4442.7139.6638.9839.3237.2936.9535.5936.2735.25 AңD42.6846.5036.3133.7632.4835.0335.6737.5838.2236.94 AңC41.1440.7840.6939.5439.3639.1839.2739.0839.0038.82 MңU73.2273.4475.4475.0674.9475.0675.1175.0075.1775.22 UңM59.8561.8562.1561.9561.7061.6561.9061.8061.2561.50㊀㊀正则化参数λ取值为λɪ{0.001,0.01, ,100}时,对BDAITL算法性能的影响如表5所示㊂可以看出,由于不同的迁移任务中源域与目标域的样本实例相差较大,导致不同的迁移学习任务在λ的不同取值下得到最优分类性能,其中部分任务如DңW㊁WңD㊁CңD㊁MңU㊁UңM分别是在0.1㊁10㊁0.1㊁1㊁1时取得最优性能㊂表5㊀λ的取值对BDAITL算法准确率的影响Table5㊀Influence ofλon the accuracy of the BDAITL algorithm数据集准确率/%λ=0.001λ=0.01λ=0.1λ=1λ=10λ=100DңW84.4187.8092.8892.5490.1790.51 DңC31.6131.9733.3033.2132.1531.52 DңA36.1233.9231.4232.4631.8431.94 WңD82.1785.3588.5491.0892.3689.81 WңC30.2830.9929.3932.5932.4131.88 WңA33.0932.8831.2133.5130.1729.54 CңW30.8534.5837.2940.6841.0240.34 CңD40.7643.9547.7747.1344.5942.04 CңA42.1744.7848.3345.8246.3546.03 AңW34.9236.2737.2939.6640.6840.68 AңD31.8536.3140.7646.5043.9543.31 AңC39.1840.8741.9440.7839.7239.54 MңU72.1771.9473.0675.4474.3367.44 UңM60.0059.8061.1562.1558.2552.754㊀总结本文提出基于平衡概率分布和实例的迁移学习算法,融合了特征选择和实例更新两种策略㊂它采用平衡因子来自适应地调节边缘和条件分布适应的重要性,使用加权条件分布来处理域间的类不平衡问题,然后融合实例更新策略,进一步提升算法的性能㊂在4个图像数据集上的大量实验证明了该方法优于其他几种方法㊂但参数优化方面仍有改进的空间,在下一步的研究中将着重探索多参数优化方法,以期进一步提高算0616㊀第3期黄㊀露,等:基于平衡概率分布和实例的迁移学习算法法的性能㊂未来将继续探索迁移学习中针对类不平衡问题的处理方法,在传递式迁移学习和多源域迁移学习方向进行深入研究㊂参考文献:[1]㊀PAN S J,YANG Q.A survey on transfer learning[J].IEEE transactions on knowledge and data engineering,2010,22(10):1345-1359.[2]㊀PAN S J,TSANG I W,KWOK J T,et al.Domain adaptation via transfer component analysis[J].IEEE transactions on neuralnetworks,2011,22(2):199-210.[3]㊀LONG M S,WANG J M,DING G G,et al.Transfer feature learning with joint distribution adaptation[C]ʊIEEE InternationalConference on Computer Vision.Sydney,2013:2200-2207.[4]㊀WANG J D,CHEN Y Q,HAO S J,et al.Balanced distribution adaptation for transfer learning[C]ʊIEEE International Confer-ence on Data Mining.New Orleans,2017:1129-1134.[5]㊀LONG M S,WANG J M,DING G G,et al.Transfer joint matching for unsupervised domain adaptation[C]ʊIEEE Conferenceon Computer Vision and Pattern Recognition.Columbus,2014:1410-1417.[6]㊀GONG B Q,SHI Y,SHA F,et al.Geodesic flow kernel for unsupervised domain adaptation[C]ʊIEEE Conference on Comput-er Vision and Pattern Recognition.Providence,2012:2066-2073.[7]㊀TAHMORESNEZHAD J,HASHEMI S.Visual domain adaptation via transfer feature learning[J].Knowledge and informationsystems,2017,50(2):585-605.[8]㊀ZHANG J,LI W Q,OGUNBONA P.Joint geometrical and statistical alignment for visual domain adaptation[C]ʊIEEE Confer-ence on Computer Vision and Pattern Recognition.Honolulu,2017:5150-5158.[9]㊀赵鹏,吴国琴,刘慧婷,等.基于特征联合概率分布和实例的迁移学习算法[J].模式识别与人工智能,2016,29(8):717-724.ZHAO P,WU G Q,LIU H T,et al.Feature joint probability distribution and instance based transfer learning algorithm[J].Pattern recognition and artificial intelligence,2016,29(8):717-724.[10]戴文渊.基于实例和特征的迁移学习算法研究[D].上海:上海交通大学,2009:8-23.DAI W Y.Instance-based and feature-based transfer learning[D].Shanghai:Shanghai Jiaotong University,2009:8-23.Balanced Distribution Adaptation and Instance Based TransferLearning AlgorithmHUANG Lu,ZENG Qingshan(College of Electrical Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou450001,China) Abstract:Aim to deal with the poor generalization ability caused by class imbalance of jointly matching the marginal probability and conditional probability distribution to reduce the domain difference,a bal-anced distribution adaptation and instance based transfer learning algorithm was proposed.The feature in-stances were mapped to the subspace with the kernel principal component analysis.In this subspace,the marginal and conditional probability distribution were jointly matched with dynamically adjusting the dif-ferent importance of each distribution by a balance factor and adaptively changing the weight of each class.Thus,the difference between the source domain and target domain was reduced.Meanwhile,the instance update strategy was merged and the generalization ability of the model obtained by transfer learn-ing was improved further.Experimental results on the digital and object recognition datasets demonstrated the validity and efficiency of the proposed algorithm.Key words:transfer learning;balance distribution;class imbalance;instance update;domain adapta-tion(责任编辑:王浩毅)。

类间方差寻找阈值

类间方差寻找阈值

类间方差寻找阈值类间方差也称为类间离散度,是一种用于度量数据样本的不同类别之间的差异性的统计指标。

在机器学习和模式识别中,类间方差常常被用来寻找最优的分类阈值。

下面将详细介绍类间方差的概念及其在寻找阈值中的应用方法。

首先,我们来了解一下类间方差的定义。

对于一个数据集,假设有C个不同的类别,则每个类别的样本数量可以表示为N1、N2、...、NC。

每个类别的均值可以表示为μ1、μ2、...、μC,而整体数据集的均值则可以表示为μ。

类间方差的计算公式如下:\[\text{{类间方差}} = \sum_{i=1}^{C} N_i(\mu_i - \mu)^2\]类间方差表示的是每个类别的样本与整体数据集均值之间的差异性。

当类别样本间的差异较大时,类间方差较大;反之,当类别样本间的差异较小时,类间方差较小。

因此,类间方差可以衡量不同类别之间的可分离程度。

在寻找最优分类阈值时,我们可以通过计算类间方差的变化来确定最佳的阈值。

具体的方法通常包括以下几个步骤:1. 对于连续数据,首先需要对数据集按照特征进行排序,得到按照特征排序后的样本集合;2. 初始化阈值为第一个样本的特征值;3. 遍历样本集合,将样本依次划分为两个类别:一个类别包含小于等于当前阈值的样本,另一个类别包含大于当前阈值的样本;4. 计算划分后两个类别的类间方差;5. 更新阈值为下一个特征不同于当前特征的样本的特征值;6. 重复步骤3-5,直到遍历完所有样本;7. 遍历所有阈值,选择使得类间方差最大的阈值作为最优分类阈值。

通过计算类间方差的变化并寻找最大值的过程,我们可以找到一个最优的分类阈值,该阈值能够将不同类别之间的差异性最大化,从而能够更好地进行分类任务。

类间方差寻找阈值是一种经典的分类问题求解方法,常用于决策树算法中的特征选择、OTSU算法中的自适应阈值分割等。

该方法形式简单、计算效率高,并且在很多实际问题中取得了较好的效果。

以上是关于类间方差寻找阈值的相关参考内容。

灰度共生矩阵14个特征计算公式

灰度共生矩阵14个特征计算公式

灰度共生矩阵14个特征计算公式灰度共生矩阵(GLCM)是用于描述图像纹理特征的一种工具。

计算灰度共生矩阵的过程中,可以从中提取各种纹理特征,其中包括14个常用的特征,具体计算公式如下:1.能量(Energy):energy = Σ(GLCM(i, j)^2)2.对比度(Contrast):contrast = Σ(|i - j|^2 * GLCM(i, j))3.相关性(Correlation):correlation = [Σ(ij * GLCM(i, j)) - μx *μy] / (σx * σy)其中,μx 和μy 分别表示 GLCM 的行和列的均值,σx 和σy 表示标准差。

4.熵(Entropy): entropy = -Σ(GLCM(i, j) * log2(GLCM(i, j) + ε))ε是一个很小的常数,用于避免log2(0)的情况。

5.反差(Dissimilarity):dissimilarity = Σ(|i - j| * GLCM(i, j))6.自相关(Autocorrelation):autocorrelation = Σ(i * j *GLCM(i, j))7.逆差异矩阵(Inverse Difference Moment):idm = Σ(GLCM(i,j) / (1 + |i - j|))8.对比度矩阵(Contrast-moment):contrast_moment = Σ(((i+ j) - μ)^2 * GLCM(i, j))其中,μ表示 GLCM 的元素均值。

9.最大可能性(Maximum Probability):max_probability =max(GLCM(i, j))10.簇阈值(Cluster Shade):cluster_shade = Σ(((i + j) - μ)^3 *GLCM(i, j))11.簇倾斜度(Cluster Prominence):cluster_prominence =Σ(((i + j) - μ)^4 * GLCM(i, j))12.均值(Mean):mean = μ13.方差(Variance):variance = Σ((i - μ)^2 * GLCM(i, j))14.惯性(Inertia): iner tia = Σ((i - j)^2 * GLCM(i, j))在以上公式中,i和j表示灰度级别的索引,GLCM(i, j)表示灰度共生矩阵中相应位置的值。

基于概率扰动策略的鲸鱼优化聚类算法

基于概率扰动策略的鲸鱼优化聚类算法

基于概率扰动策略的鲸鱼优化聚类算法摘要:鲸鱼优化算法是一种基于自然界鲸鱼集群行为模拟的进化算法。

它具有全局寻优能力和良好的收敛性能,更适用于处理高维度的非凸优化问题。

然而,由于鲸鱼优化算法的个体更新策略缺乏多样性,在处理复杂数据集时可能会陷入局部最优。

本文提出了一种基于概率扰动策略的鲸鱼优化聚类算法,通过引入概率扰动因子,在鲸鱼优化算法的个体更新过程中增加了随机性,从而增强了算法的全局搜索能力。

在多个标准聚类数据集和复杂手写数字数据集上的实验结果表明,基于概率扰动策略的鲸鱼优化聚类算法比标准鲸鱼优化聚类算法具有更好的聚类精度和鲁棒性。

Abstract:The whale optimization algorithm is an evolutionary algorithm based on the simulation of whale pod behavior in nature. It has global optimization ability and good convergence performance, and is more suitable for handling high-dimensional non-convex optimization problems. However, due to the lack of diversity in the individual update strategy of the whale optimization algorithm, it may fall into local optima when dealing with complex datasets. This paper proposes a whale optimization clustering algorithm based on probability perturbation strategy. By introducing a probability perturbation factor, the randomness is increased in the individual update process of the whale optimization algorithm, thereby enhancing the global search ability of the algorithm. Experimental results on multiple standard clustering datasets and complex handwritten digit datasets show that the whale optimization clustering algorithm based on probability perturbation strategy has better clustering accuracy and robustness than the standard whale optimization clustering algorithm.Keywords: whale optimization algorithm; clustering; probability perturbation1. 引言聚类是机器学习中常见的一种无监督学习方法,它将具有相似特征的对象划分为一组,从而形成多个独立的类别。

面向不确定环境的强化学习算法研究

面向不确定环境的强化学习算法研究

面向不确定环境的强化学习算法研究1. 引言强化学习是机器学习领域的一个重要分支,主要研究如何使智能体能够在不确定环境中学习并采取最优策略。

不确定环境是现实世界的一个重要特征,它的复杂性和动态性给强化学习算法的设计带来了挑战。

本文将介绍面向不确定环境的强化学习算法的研究现状和挑战,并探讨了一些解决方案。

2. 不确定环境的定义和特征不确定环境是指智能体在执行动作时,对环境的状态无法完全了解或预测的环境。

这种不确定性可能来自于环境的随机性、部分可观测性或未知性。

不确定环境具有以下几个特征:2.1 随机性随机性是指环境状态的变化是随机的,智能体无法准确预测下一个状态是什么。

例如,在一个棋盘游戏中,对手的下一步走法可能是多种可能性,智能体无法确定对手将会选择哪一种走法。

2.2 部分可观测性部分可观测性是指智能体无法完全了解环境的当前状态。

例如,在一个迷宫中,智能体只能观测到周围的有限信息,无法获得整个迷宫的状态信息。

2.3 未知性未知性是指智能体无法事先了解环境的特性和规律。

例如,在一个棋盘游戏中,智能体可能面对一个未知的对手,它无法准确估计对手的水平和策略。

3. 不确定环境下的强化学习算法在面对不确定环境时,传统的强化学习算法面临一些困难。

例如,传统的值函数迭代算法如Q-learning和SARSA在不确定环境中可能收敛较慢或无法收敛。

为了解决这些问题,研究者们提出了一些面向不确定环境的强化学习算法。

3.1 模型不确定性建模一种解决不确定环境的方法是建立对环境的不确定性进行建模。

模型不确定性指的是对环境的状态转移函数和奖励函数的不确定性进行建模。

例如,可以使用贝叶斯方法来推断环境的状态转移概率分布和奖励函数的概率分布。

在推断过程中,可以结合先验知识和来自环境的观测信息。

通过对不确定性的建模,可以使得智能体能够更好地适应不确定环境并学习到最优策略。

3.2 探索与利用的平衡在不确定环境中,智能体需要在探索和利用之间进行平衡。

机器学习中的聚类算法与异常检测算法

机器学习中的聚类算法与异常检测算法

机器学习中的聚类算法与异常检测算法机器学习是一个研究如何让计算机可以有学习能力的领域,其在各个领域都有着广泛的应用。

在机器学习中,聚类算法和异常检测算法是两个重要的技术手段。

聚类算法是将数据集中的样本划分成具有相似特征的若干个类别,而异常检测算法是用来识别数据集中的异常值。

本文将介绍机器学习中的聚类算法与异常检测算法的原理、常用算法和应用场景,并对这两个算法进行比较分析。

一、聚类算法1.1原理聚类算法是一种无监督学习方法,其目标是将数据集中的样本划分成若干个类别。

聚类算法的原理是通过计算样本之间的相似度来进行样本的聚类划分,使得同一类别内部的样本之间的相似度高,不同类别之间的样本的相似度低。

聚类算法可以帮助我们发现数据集中的内在结构,对数据集进行归纳,从而为后续的数据分析和挖掘工作提供支持。

1.2常用算法K-means算法是最常用的聚类算法之一,其原理是根据样本之间的距离将样本划分为若干个类别。

K-means算法首先随机选择K个初始中心点,然后将样本分配到最近的中心点所在的类别中,然后更新每个类别的中心点,重复这个过程直至中心点不再改变。

K-means算法的优点是简单易实现,但是其对初始中心点的选择敏感,容易收敛到局部最优解。

另外,层次聚类算法是一种自底向上或自顶向下的聚类方法,其原理是根据样本之间的相似度将样本逐步合并成若干个类别。

层次聚类算法不需要事先指定聚类的个数,且能够发现样本之间的层次结构,但是其计算复杂度较高。

1.3应用场景聚类算法在数据挖掘、图像处理、生物信息学等领域有着广泛的应用。

在数据挖掘中,我们可以使用聚类算法对用户进行分群,从而实现个性化推荐。

在图像处理中,我们可以使用聚类算法对图像进行分割,从而实现目标检测和识别。

在生物信息学中,我们可以使用聚类算法对基因表达数据进行聚类,以识别出潜在的基因表达模式。

二、异常检测算法2.1原理异常检测算法是一种用来识别数据集中的异常值的方法,其原理是通过计算样本的特征值与整个样本集的分布特征来判断样本是否具有异常值。

kt-mec 知识迁移极大熵聚类算法

kt-mec 知识迁移极大熵聚类算法

文章标题:kt-mec 知识迁移极大熵聚类算法1. 概述在当今信息爆炸的时代,数据量不断增大,如何从海量数据中挖掘出有用的信息已成为各行业所面临的重要问题。

聚类算法作为一种无监督学习方法,能够将数据集中的样本划分为若干个不同的类别,帮助人们理解数据集的结构和特征。

kt-mec 知识迁移极大熵聚类算法是一种新兴的聚类算法,它结合了知识迁移和极大熵原理,能够处理不同领域的数据,并在各种应用场景中取得了优异的表现。

2. 知识迁移知识迁移是一种将一个领域的知识应用到另一个领域的方法。

在机器学习领域,知识迁移可以帮助模型在新领域上学习,减少数据量,提高学习效率。

kt-mec 知识迁移极大熵聚类算法利用知识迁移的理念,能够将已有的聚类知识迁移到新数据集上,从而在新领域获得更好的聚类效果。

3. 极大熵原理极大熵原理是指在缺乏先验知识的情况下,选择使得信息熵达到最大的概率分布。

在聚类问题中,极大熵原理可以帮助我们找到更合理的聚类结果,提高聚类的准确性和鲁棒性。

kt-mec 知识迁移极大熵聚类算法充分利用了极大熵原理,通过最大化信息熵来优化聚类结果,使得聚类结果更加合理和可靠。

4. kt-mec 算法原理kt-mec 知识迁移极大熵聚类算法主要分为以下几个步骤:4.1 数据预处理:对原始数据进行采样、降维等处理,以加快算法运行速度;4.2 知识迁移:将已有的聚类知识传递到新数据集上,辅助新数据的聚类;4.3 极大熵聚类:根据极大熵原理,对数据进行聚类,最大化信息熵,得到最优的聚类结果;4.4 聚类结果优化:通过迭代或者其他方式对聚类结果进行优化,提高聚类的准确性和稳定性。

5. kt-mec 算法优势kt-mec 知识迁移极大熵聚类算法相较于传统的聚类算法,具有以下优势:5.1 能够处理不同领域的数据:由于知识迁移的引入,kt-mec 算法能够处理不同领域的数据,适用性更广;5.2 聚类效果更稳定:通过极大熵原理的应用和聚类结果优化,kt-mec 算法的聚类效果更加稳定和准确;5.3 运行速度更快:在数据预处理和聚类过程中进行了多项优化,使得算法的运行速度得到了提升。

随机数的生成,概率与算法,

随机数的生成,概率与算法,

随机数的生成,概率与算法,Title: Random Number Generation: Probabilities and Algorithms Title: 随机数生成:概率与算法In the realm of computing, random number generation is a crucial aspect, yet paradoxically, true randomness is elusive.在计算机领域,随机数生成是一个至关重要的方面,然而,悖论的是,真正的随机性是难以捉摸的。

Algorithms designed to produce random numbers often rely on pseudorandom number generators (PRNGs), which create sequences that appear random but are actually deterministic.旨在生成随机数的算法通常依赖于伪随机数生成器(PRNG),这些生成器创建的序列看似随机,但实际上是确定性的。

The core of these algorithms lies in the initial seed, a starting point that influences the entire sequence.这些算法的核心在于初始种子,它是一个起点,影响着整个序列。

Probability theory plays a pivotal role in understanding the behavior of these generated numbers.概率论在理解这些生成数的行为方面起着关键作用。

For instance, the uniform distribution ensures that each number in a range has an equal chance of being selected.例如,均匀分布确保范围内的每个数字被选中的机会是均等的。

t分布扰动麻雀优化算法 python代码

t分布扰动麻雀优化算法 python代码

t分布扰动麻雀优化算法 python代码t分布扰动麻雀优化算法(TD-SWO)是一种基于麻雀行为的全局优化算法。

该算法使用t分布扰动来增加搜索空间的探索,以获取更好的解决方案。

本文将介绍Python代码的实现,并给出一个简单的例子。

算法步骤1. 初始化参数:算法需要设置一些参数,例如麻雀的群体大小、迭代次数等等,这些参数需要根据具体问题进行调整。

2. 初始化种群:根据设定的群体大小,生成随机的初始种群。

3. 按照适应度函数排序:按照适应度函数对种群进行排序,使得适应度最高的个体排在最前面。

4. 生成随机数:生成随机的实数r和整数k。

5. 钦定领袖个体:选择种群中适应度最高的个体作为领袖个体。

6. 按照t分布扰动更新位置:对于每一个麻雀,根据当前位置、领袖个体的位置和随机扰动参数,按照t分布扰动公式更新麻雀的位置,公式如下:x(i,j) = x(i,j) + r * t(k) * (l(j) - x(i,j)) + r * t(k) * (L(j) - G(j))其中:x(i,j) 表示第i个麻雀在第j个维度的位置,r为随机数,t(k)为t分布扰动函数,l(j)表示当前个体在第j个维度的位置,L(j)表示领袖个体在第j个维度的位置,G(j)表示整个种群在第j个维度的质心。

7. 判断是否需要更新领袖:如果更新后的麻雀位置的适应度比领袖个体的适应度更高,则更新领袖个体。

8. 判断是否需要终止:如果达到预设的迭代次数,则终止算法,输出最优解。

9. 回到步骤3,继续迭代,直到达到预设的迭代次数。

Python代码实现import numpy as npimport randomdef TD_SWO(population_size: int, max_iterations: int, lower_bound,upper_bound, dimension, fitness_function):# 初始化参数T0 = 100 # 初始温度Tf = 1e-5 # 结束温度alpha = 0.99 # 降温系数r = np.zeros(max_iterations) # 随机数k = np.zeros(max_iterations) # 整数随机数x = np.zeros((population_size, dimension)) # 种群位置v = np.zeros((population_size, dimension)) # 种群速度l = np.zeros((population_size, dimension)) # 当前个体最佳位置 L = np.zeros(dimension) # 全局最佳位置G = np.zeros(dimension) # 种群质心z = np.zeros(population_size) # 当前个体适应度值p = np.zeros(population_size) # 最佳个体适应度值# 随机初始化种群for i in range(population_size):for j in range(dimension):x[i][j] = random.uniform(lower_bound, upper_bound)# 初始化全局最佳个体位置和适应度值index = np.argmin(z)L = x[index]G = np.mean(x, axis=0)# t分布扰动更新位置for i in range(population_size):for j in range(dimension):v[i][j] = r[iteration] * t * (l[i][j] - x[i][j]) + r[iteration] * t * (L[j] - G[j])x[i][j] = x[i][j] + v[i][j]# 判断是否需要更新最佳个体位置if z[i] < fitness_function(L):L = l[i]# 测试算法def function(x):return np.sum(np.square(x))x, f = TD_SWO(population_size=20, max_iterations=500, lower_bound=-1.0, upper_bound=1.0, dimension=10, fitness_function=function)print("最佳个体位置:", x)print("最佳个体适应度值:", f)# 输出结果# 最佳个体位置: [-0.36922616 -0.06274195 -0.28578155 0.02725189-0.09839097 0.34126283 0.01653014 0.07878889 0.19203211 -0.13840091]# 最佳个体适应度值: 0.35003307761009325。

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a r X i v :c o n d -m a t /0011276v 1 [c o n d -m a t .s t a t -m e c h ] 16 N o v 2000Probability-Changing Cluster Algorithm for Potts ModelsYusuke Tomita ∗and Yutaka Okabe †Department of Physics,Tokyo Metropolitan University,Hachioji,Tokyo 192-0397,Japan(Received February 1,2008)We propose a new effective cluster algorithm of tuning the critical point automatically,which is an extended version of Swendsen-Wang algorithm.We change the probability of connecting spins of the same type,p =1−e −J/k B T ,in the process of the Monte Carlo spin update.Since we approach the canonical ensemble asymptotically,we can use the finite-size scaling analysis for physical quantities near the critical point.Simulating the two-dimensional Potts models to demonstrate the validity of the algorithm,we have obtained the critical temperatures and critical exponents which are consistent with the exact values;the comparison has been made with the invaded cluster algorithm.PACS numbers:05.50.+q,64.60.Ak,75.10.HkCluster algorithms [1,2]have been successfully used to overcome slow dynamics in the Monte Carlo simulation.Swendsen and Wang (SW)[1]applied the Kasteleyn-Fortuin (KF)[3]representation to identify clusters of spins.The problem of the thermal phase transition is mapped onto the geometric percolation problem in the cluster formalism [3–5].Quite recently,based on the cluster formalism,the multiple-percolating clusters of the Ising system with large aspect ratio have been studied [6].Machta et al.[7]proposed another type of cluster algo-rithm,which is called the invaded cluster (IC)algorithm;this algorithm samples the critical point of a spin system without a priori knowledge of the critical temperature.It is in contrast with the usual procedure that one makes simulations for various parameters to determine the crit-ical point.The IC algorithm has been shown to be effi-cient in studying various physical quantities in the critical region,but the ensemble is not necessarily clear.More-over,it has a problem of “bottlenecks”,which causes the broad tail in the distribution of the fraction of the ac-cepted satisfied bonds [7].In this Letter,extending the SW algorithm [1],we pro-pose a new algorithm of tuning the critical point auto-matically.The basic idea of our algorithm is that we change the probability of connecting spins of the same type,p =1−e −J/k B T ,in the process of the Monte Carlo spin update,where J is the exchange coupling.We decrease or increase p depending on the observation whether the KF clusters are percolating or not percolat-ing.This simple negative feed-back mechanism together with the finite-size scaling (FSS)property of the exis-tence probability (also called the crossing probability)E p ,the probability that the system percolates,leads to the determination of the critical point.Since our en-semble is asymptotically canonical as ∆p ,the amount of the change of p ,becomes 0,the distribution functions of physical quantities obey the FSS;as a result,we can determine critical exponents using the FSS analysis.Let us explain the procedure for our probability-changing cluster (PCC)algorithm in detail.As an exam-ple,we consider the ferromagnetic q -state Potts model [8]whose Hamiltonian is given byH =−J<i,j>(δσi ,σj −1),σi =1,2,···,q,(1)and for q =2this corresponds to an Ising model.The procedure of Monte Carlo spin update is as follows:1.Start from some spin configuration and some value of p .2.Construct the KF clusters using the probability p ,and check whether the system is percolating or not.Update spins following the same rule as the SW al-gorithm,that is,flip all the spins on any KF cluster to one of q states.3.If the system is percolating (not percolating)in the previous test,decrease (increase)p by ∆p (>0).4.Back to the process 2.After repeating the above processes,the distribution of p for our Monte Carlo samples approaches the Gaussian distribution of which mean value is p c (L );p c (L )is the probability of connecting spins,such that the existence probability E p becomes 1/2.The width of the distribu-tion depends on the choice of ∆p in the process 2,and becomes 0in the limit of ∆p →0.We should note that p c (L )depends on the system size L ,and E p follows the FSS near the critical point,E p (p,L )∼X (tL 1/ν),t =(p c −p )/p c ,(2)where p c is the critical value of p for the infinite system (L →∞),and νis the correlation-length critical expo-nent.(As for the FSS of E p ,see Ref.[9],for example.)We can estimate p c from the size dependence of p c (L )using Eq.(2)and,in turn,estimate T c through the re-lation p c =1−e −J/k B T c .We have chosen the value of E p which gives p c (L )as 1/2because it is the simplest.We may modify the update process such that this value is different from 1/2.A comment should be made here on the choice of cri-terion to determine percolating.Machta et al.[7]usedboth the extension rule and the topological rule for their stopping condition.The former rule is that some cluster has maximum extent L in at least one of the d directions in d -dimensional systems.The latter rule is that some cluster winds around the system in at least one of the d directions.We can use any rule to determine percolat-ing,but FSS functions for physical quantities,therefore p c (L ),depend on the rule.There is one free parameter in our algorithm;we may choose the difference ∆p in the process 3.In the limit of small ∆p we obtain the canonical ensemble,but it takes a long time to equilibrate for small ∆p .Practically,we may start with rather large ∆p ,and switch to smaller ∆p with monitoring the trail of the values of p .Small steps of preparation are enough for equilibration.In order to show the validity of the present method,we have made simulations for the 2d ferromagnetic 2-state Potts model (Ising model)and 3-state Potts model.We have treated the systems with linear sizes L =64,128,256,and 512.We start with ∆p =0.01,and gradually decrease ∆p to the final value.We have chosen this final value of ∆p as 1/(20×L 2);the steps for preparation are 10,000for the largest size (L =512).After reaching the final small value of ∆p ,we have taken 100,000(200,000)Monte Carlo samples in the case of q =2(q =3)with keeping ∆p as constant.From each bond configuration,we have made 5(10)spin configurations in order to get better statistics for magnetization in the case of q =2(q =3).We have performed several runs for each size,and have checked the statistical errors.L −1/νT c (L )FIG.1.Plot of T c (L )(in units of J/k B )as a function of L −1/νfor the 2d Ising model (q =2),where ν=1.The system sizes are L =64,128,256,and 512.In the inset,the distribution of p ,f (p ),for L =64with the topological rule is shown for both the PCC and IC algorithms.Different scales are used for the vertical axis in the inset to express two quite different data.Letusshow the results of the 2d Ising model (q =2).In Fig.1,we plot the size dependence of T c (L )for both rules in units of J/k B .We have determined p c (L )from the average of p ,and calculated T c (L )through the re-lation p c (L )=1−e −J/k B T c (L ).In this plot,as an il-lustration,we have used the known value of νfor the 2d Ising model (ν=1).Using the least square method,we estimate T c as 1.1344(2)(1.1346(2))for the exten-sion (topological)rule,which is consistent with the exact value,[ln(1+√∆p/a ,where a is the value of dE p /dp at p c (L );using the FSS we expect a ∝L 1/ν.It should be noted that we have ob-tained the expected ∆p -and L -dependence for the width of the distribution of p .We use the average value of p for the estimate of p c (L ).Performing 10runs,we have estimated p c (64)as 0.581954±0.000013;the statistical errors are very small.Ef (E )FIG.2.The energy histogram,f (E ),of both the PCC and IC algorithms for L =64with the topological rule for the 2d Ising model (q =2).The energy is measured in units of J .The energy histogram obtained by the constant-temperature calculation using the SW algorithm is also shown by a solid curve;the temperature has been chosen as T c (L )determined by the PCC algorithm.L<m 2>FIG.3.Plot of m 2 as a function of L for the 2d Ising model (q =2)in logarithmic scale.The resulting energy histogram,f (E ),of our PCC al-gorithm for L =64with the topological rule is given in Fig.2.The energy histogram obtained by the constant-temperature calculation using the SW algorithm is shown by a solid curve in Fig.2;the temperature has been cho-sen as T c (L )determined by the PCC algorithm.The energy histogram of the PCC algorithm is indistinguish-able from that by the constant-temperature calculation because of the sharp distribution of p .Thus,we may say that our ensemble is actually canonical for small enough ∆p .The energy histogram of the IC algorithm,which is also given in Fig.2,has broad tails for both high-energy and low-energy sides.Although our ensemble is almost canonical,there are deviations in physical quantities,in principle;the variance of energy, E 2 − E 2,becomes larger with non-zero ∆p ,for example.We have checked the ∆p -dependence of the systematic deviation for large ∆p .However,the deviation of the variance of energy is smaller than the statistical error,2%for L =64,with our choice of ∆p .m Lβ/νp (m ) L−β/νFIG.4.FSS plot of p (m )for the 2d Ising model (q =2),where β/ν=1/8.The rules to determine percolating are the extension rule (a)and the topological rule (b).In order to estimate another critical exponent β,the magnetization exponent,we plot the average of the squared magnetization m 2 as a function of L in log-arithmic scale in Fig.3.Since our Monte Carlo sam-ples are sharply peaked at p =p c (L ),in other words,at T =T c (L ),we can use the FSS relation,m 2 T =T c (L )∼L −2β/ν,(3)for the estimate of β/ν.From the slopes of the data for both rules,we have β/ν=0.125(2)(0.126(2))for the extension (topological)rule,which is consistent with the exact value,1/8(=0.125).It is quite interesting to study the distribution func-tion of physical quantities.We show the FSS plot of the distribution function p (m )in Fig.4,based on the FSS relation,p (m )T =T c (L )∼L β/νf (mL β/ν).(4)The scaling plot for the extension rule (a)and that for the topological rule (b)are given there.The data for var-ious sizes are collapsed on a single curve.We have very good FSS behavior for both rules.Two rules give differ-ent tL 1/νin Eq.(2)for E p =1/2.It is easier to percolate for the extension rule compared with the topological rule.Therefore,T c (L )of the extension rule is higher than that of the topological rule,which results in the difference in the FSS functions for p (m )between two rules.L −1/νT c (L )FIG.5.Plot of T c (L )(in units of J/k B )as a function of L −1/νfor the 2d 3-state Potts model,where ν=5/6.The system sizes are L =64,128,256,and 512.Next turn to the case of the 3-state Potts model.The size dependence of T c (L )for both rules is shown in Fig.5.We have used the known value of νfor this plot;the ex-ponent νfor the 2d 3-state Potts model conjectured by the conformal field theory [10]is 5/6.We estimate the extrapolated value of T c as 0.99490(6)(0.99494(6))for the extension (topological)rule from Fig.5.This value is consistent with the exact value,[ln(1+√It is in contrast with the situation of the IC algorithm[7],where the convergence is not good enough maybe dueto the problem of“bottlenecks”.We can estimate the critical exponentβ/νfor the3-state Potts model from the size dependence of m2 asin the case of the Ising model.For the order parame-ter of the3-state Potts model,we use the vector orderparameter(m x,m y).The x and y components of thevector order parameter are obtained from the three com-ponents,m1,m2and m3,as m x=m1−(1/2)(m2+m3)√and m y=(∗Electronic address:ytomita@phys.metro-u.ac.jp†Electronic address:okabe@phys.metro-u.ac.jp[1]R.H.Swendsen and J.S.Wang,Phys.Rev.Lett.58,86(1987).[2]U.Wolff,Phys.Rev.Lett.60,1461(1988).[3]P.W.Kasteleyn and C.M.Fortuin,J.Phys.Soc.Jpn.Suppl.26,11(1969);C.M.Fortuin and P.W.Kasteleyn,Physica57,536(1972).[4]A.Coniglio and W.Klein,J.Phys.A13,2775(1980).[5]C.-K.Hu,Phys.Rev.B29,5103(1984);29,5109(1984).[6]Y.Tomita,Y.Okabe,and C.-K.Hu,Phys.Rev.E60,2716(1999).[7]J.Machta,Y.S.Choi,A.Lucke,T.Schweizer,and L.V.Chayes,Phys.Rev.Lett.75,2792(1995);Phys.Rev.E54,1332(1996).[8]F.Y.Wu,Rev.Mod.Phys.54,235(1982)and referencestherein.[9]C.-K.Hu,C.-Y.Lin,and J.-A.Chen,Phys.Rev.Lett.75,193(1995);75,2786E(1995).[10]Vl.S.Dotsenko,Nucl.Phys.B235[FS11],54(1984).[11]A.M.Ferrenberg and ndau,Phys.Rev.B44,5081(1991).[12]A.Aharony and A.B.Harris,Phys.Rev.Lett.77,3700(1996).[13]S.Wiseman and E.Domany,Phys.Rev.Lett.81,22(1998);Phys.Rev.E58,2938(1998).[14]H.G.Evertz,na,and M.Marcu,Phys.Rev.Lett.70,875(1993).[15]N.Kawashima and J.E.Gubernatis,Phys.Rev.Lett.73,1295(1994).。

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