分类预测|基于蜣螂优化极限梯度提升决策树的数据分类预测Matlab程序DBO-Xgboost 多特征输入单输出 含基础模型

分类预测|基于蜣螂优化极限梯度提升决策树的数据分类预测Matlab程序DBO-Xgboost 多特征输入单输出 含基础模型

一、基本原理

DBO（Dung Beetle Optimization）是一种模仿蜣螂行为的优化算法，XGBoost（Extreme Gradient Boosting）是一种强大的梯度提升决策树算法。将DBO与XGBoost结合用于分类预测的流程和原理如下：

1. 数据准备

• 数据收集与预处理：获取数据，进行清洗、特征选择、标准化或归一化等处理。
• 数据划分：将数据集分为训练集和测试集，以评估模型的性能。

2. XGBoost模型建立

• 定义模型：选择XGBoost作为分类模型，配置基本参数，如树的数量、最大深度、学习率等。
• 设定目标函数：选择合适的目标函数（如对数损失函数，用于二分类问题）。

3. DBO优化XGBoost参数

• 初始化蜣螂群体：每个蜣螂代表一组XGBoost参数。初始化蜣螂的位置（即参数值）和速度。
• 定义适应度函数：通常使用交叉验证的分类精度或损失函数值作为适应度函数，评估每个蜣螂的参数组合。
• 蜣螂行为模拟：根据蜣螂的行为规则（如觅食、追随、繁殖等），更新每个蜣螂的位置和速度。更新规则基于适应度函数的结果，以找到最优的XGBoost参数组合。
• 迭代优化：通过多次迭代，不断优化参数，找到能够提高XGBoost模型性能的最优参数。

4. 模型训练

• 使用优化参数训练模型：将通过DBO优化得到的最佳参数应用到XGBoost模型中，进行训练。
• 训练过程：利用训练集数据训练XGBoost模型，调整树的结构和权重以最小化损失函数。

5. 模型评估

• 在测试集上评估：使用优化后的XGBoost模型在测试集上进行预测，评估模型的性能指标（如准确率、F1分数、AUC等）。
• 性能比较：将使用DBO优化后的XGBoost模型的性能与未优化模型的性能进行比较，以验证优化效果。

6. 结果分析与应用

• 分析预测结果：分析模型的预测结果，识别重要特征、预测错误的原因等。
• 应用模型：将优化后的模型应用于实际分类任务中，根据需要进行部署和进一步调整。

原理总结

• DBO（蜣螂优化算法）：模仿蜣螂在自然界中的行为，通过优化蜣螂的“觅食”策略，探索参数空间，以找到最优参数组合。
• XGBoost：通过构建和结合多个决策树来进行预测，利用梯度提升的方法提高分类性能。
• 结合方法：DBO优化XGBoost的超参数，通过全局搜索能力找到能显著提升XGBoost模型性能的参数，从而提高分类预测的准确性和泛化能力。

二、实验结果

DBO-Xgboost分类结果

Xgboost分类结果

三、核心代码

%%  导入数据
res = xlsread('数据集.xlsx');

%%  分析数据
num_class = length(unique(res(:, end)));  % 类别数（Excel最后一列放类别）
num_res = size(res, 1);                   % 样本数（每一行，是一个样本）
num_size = 0.7;                           % 训练集占数据集的比例
res = res(randperm(num_res), :);          % 打乱数据集（不打乱数据时，注释该行）

%%  设置变量存储数据
P_train = []; P_test = [];
T_train = []; T_test = [];

%%  划分数据集
for i = 1 : num_class
    mid_res = res((res(:, end) == i), :);                         % 循环取出不同类别的样本
    mid_size = size(mid_res, 1);                                  % 得到不同类别样本个数
    mid_tiran = round(num_size * mid_size);                       % 得到该类别的训练样本个数

    P_train = [P_train; mid_res(1: mid_tiran, 1: end - 1)];       % 训练集输入
    T_train = [T_train; mid_res(1: mid_tiran, end)];              % 训练集输出

    P_test  = [P_test; mid_res(mid_tiran + 1: end, 1: end - 1)];  % 测试集输入
    T_test  = [T_test; mid_res(mid_tiran + 1: end, end)];         % 测试集输出
end

%%  数据转置
P_train = P_train'; P_test = P_test';
T_train = T_train'; T_test = T_test';

%%  得到训练集和测试样本个数  
M = size(P_train, 2);
N = size(P_test , 2);

%%  数据归一化
[p_train, ps_input] = mapminmax(P_train, 0, 1);
p_test  = mapminmax('apply', P_test, ps_input);
t_train = T_train;
t_test  = T_test ;

四、代码获取

五、总结

包括但不限于
优化BP神经网络，深度神经网络DNN，极限学习机ELM，鲁棒极限学习机RELM，核极限学习机KELM，混合核极限学习机HKELM，支持向量机SVR，相关向量机RVM，最小二乘回归PLS，最小二乘支持向量机LSSVM，LightGBM，Xgboost，RBF径向基神经网络，概率神经网络PNN，GRNN，Elman，随机森林RF，卷积神经网络CNN，长短期记忆网络LSTM，BiLSTM，GRU，BiGRU，TCN，BiTCN，CNN-LSTM，TCN-LSTM，BiTCN-BiGRU，LSTM–Attention，VMD–LSTM，PCA–BP等等

用于数据的分类，时序，回归预测。
多特征输入，单输出，多输出