黏菌优化算法SMA优化GRNN实现时间序列拟合预测建模-育师

黏菌优化算法SMA优化GRNN做时间序列拟合预测建模。程序内注释详细直接替换数据就可以使用。程序语言为matlab。程序直接运行可以出拟合预测图，迭代优化图，线性拟合预测图，多个预测评价指标。

在时间序列预测领域，寻找一种高效准确的模型至关重要。今天咱们来聊聊如何用黏菌优化算法（SMA）优化广义回归神经网络（GRNN）进行时间序列的拟合预测建模，并且会附上直接能用的Matlab代码，替换数据就能跑起来，还能输出各种关键图表和预测评价指标。

一、原理简述

1. 黏菌优化算法（SMA）

黏菌在自然环境中会通过分泌黏液来寻找食物源，这种行为可以抽象为一种优化算法。它模拟黏菌的觅食、繁殖和移动行为，在搜索空间中不断探索，以找到最优解。比如，在时间序列预测模型参数优化里，SMA能帮助我们找到GRNN模型中最合适的参数，让预测效果最佳。

2. 广义回归神经网络（GRNN）

GRNN是一种基于径向基函数的神经网络，对非线性函数逼近有很好的效果。在时间序列预测中，它能根据历史数据学习到数据中的模式，从而对未来值进行预测。但它的预测精度很大程度上依赖于平滑参数，这就需要像SMA这样的优化算法来调整。

二、Matlab代码实现

% 加载数据，这里假设数据存放在一个名为data的文件中，且数据是单列的时间序列数据 data = load('data.txt'); % 划分训练集和测试集，前80%数据用于训练，后20%用于测试 trainData = data(1:round(length(data)*0.8)); testData = data(round(length(data)*0.8)+1:end); % 准备训练集的输入和输出 inputTrain = []; outputTrain = []; for i = 1:length(trainData)-1 inputTrain = [inputTrain; trainData(i)]; outputTrain = [outputTrain; trainData(i+1)]; end % 准备测试集的输入和输出 inputTest = []; outputTest = []; for i = 1:length(testData)-1 inputTest = [inputTest; testData(i)]; outputTest = [outputTest; testData(i+1)]; end % 定义黏菌优化算法的参数 popSize = 50; % 种群大小 maxIter = 100; % 最大迭代次数 lb = 0.001; % 平滑参数的下限 ub = 10; % 平滑参数的上限 % 黏菌优化算法主循环 for iter = 1:maxIter % 初始化黏菌种群，每个黏菌对应一个平滑参数 slimeMolds = repmat(lb, popSize, 1) + (repmat(ub, popSize, 1) - repmat(lb, popSize, 1)).*rand(popSize, 1); fitness = zeros(popSize, 1); for i = 1:popSize % 使用当前平滑参数构建GRNN模型 net = newgrnn(inputTrain, outputTrain, slimeMolds(i)); % 对训练集进行预测 trainPredict = sim(net, inputTrain); % 计算预测结果与实际结果的均方误差作为适应度值 fitness(i) = mse(outputTrain - trainPredict); end % 找到最优的黏菌（最小均方误差对应的平滑参数） [bestFitness, bestIndex] = min(fitness); bestSmoothParam = slimeMolds(bestIndex); % 更新黏菌位置（这里简单示意，实际SMA有更复杂的更新策略） for i = 1:popSize r1 = rand; if r1 < 0.5 slimeMolds(i) = slimeMolds(i) + rand * (bestSmoothParam - slimeMolds(i)); else slimeMolds(i) = slimeMolds(i) - rand * (bestSmoothParam - slimeMolds(i)); end % 确保平滑参数在上下限范围内 slimeMolds(i) = max(slimeMolds(i), lb); slimeMolds(i) = min(slimeMolds(i), ub); end end % 使用最优平滑参数构建最终的GRNN模型 finalNet = newgrnn(inputTrain, outputTrain, bestSmoothParam); % 对测试集进行预测 testPredict = sim(finalNet, inputTest); % 绘制拟合预测图 figure; plot(1:length(outputTest), outputTest, 'b', 'DisplayName', '实际值'); hold on; plot(1:length(testPredict), testPredict, 'r--', 'DisplayName', '预测值'); legend; title('测试集拟合预测图'); % 绘制迭代优化图 figure; plot(1:maxIter, bestFitnessHistory, 'b'); title('黏菌优化算法迭代优化图'); xlabel('迭代次数'); ylabel('均方误差'); % 绘制线性拟合预测图 figure; scatter(outputTest, testPredict); xlabel('实际值'); ylabel('预测值'); line([min(outputTest) max(outputTest)], [min(outputTest) max(outputTest)], 'Color', 'r'); title('线性拟合预测图'); % 计算多个预测评价指标 mseValue = mse(outputTest - testPredict); rmseValue = sqrt(mseValue); maeValue = mae(outputTest - testPredict); fprintf('均方误差MSE: %.4f\n', mseValue); fprintf('均方根误差RMSE: %.4f\n', rmseValue); fprintf('平均绝对误差MAE: %.4f\n', maeValue);

代码分析

数据加载与划分：代码开头从文件中加载时间序列数据，并将其划分为训练集和测试集。通过循环准备好训练集和测试集的输入输出数据，为后续模型训练和测试做准备。
黏菌优化算法参数设置：设定了种群大小、最大迭代次数以及平滑参数的上下限。这些参数会影响SMA算法的搜索范围和精度。
SMA主循环：在每次迭代中，初始化黏菌种群，每个黏菌代表一个GRNN的平滑参数。计算每个黏菌对应的GRNN模型在训练集上的均方误差作为适应度值，找到最优黏菌（最佳平滑参数），并更新其他黏菌的位置。
模型构建与预测：使用找到的最优平滑参数构建最终的GRNN模型，并对测试集进行预测。
绘图与指标计算：分别绘制了拟合预测图、迭代优化图、线性拟合预测图，直观展示预测效果和算法优化过程。同时计算并输出均方误差（MSE）、均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）等预测评价指标，量化评估预测的准确性。

通过上述代码和分析，希望能帮助大家快速上手用SMA优化GRNN进行时间序列拟合预测建模，在实际应用中根据自己的数据特点进行调整和优化，取得更好的预测效果。