灰色預(yù)測仿真優(yōu)化平臺設(shè)計范文
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《應(yīng)用科技雜志》2015年第一期
1.1GM(1,1)模型GM（1,1）模型是一階單變量的微分方程模型，其建立的基本思路如下。
1.2精度檢驗?zāi)Ｐ徒⒑笮枰M行精度檢驗，主要包括：殘差檢驗、后驗差檢驗以及關(guān)聯(lián)度檢驗，相應(yīng)的計算程序均由M語言編寫，詳細(xì)精度等級參照如表1所示。
1.3GM（1,1）改進模型文中引用最常用的幾種改進模型，包括殘差GM（1,1）預(yù)測模型、殘差均值GM（1,1）預(yù)測模型以及加常數(shù)優(yōu)化的GM（1,1）預(yù)測模型。
1.3.1殘差GM（1,1）模型建立殘差模型的步驟如下：首先定義殘差。
1.3.2殘差均值GM（1,1）模型如果按原始數(shù)據(jù)0x(i)建立的GM（1,1）模型，經(jīng)檢驗不合格，則對原模型進行修正的最簡單的方法，就是對模型預(yù)測值(0)x(k)都加上殘差平均值，即修正后的預(yù)測值為(0)x(k)+，此新模型為殘差均值修正模型。
1.3.3序列變換GM（1,1）模型針對波動數(shù)據(jù)預(yù)測精度受限的問題，在原始序列中每一個數(shù)據(jù)均加上同一常數(shù)b，以此來弱化數(shù)據(jù)波動帶來的影響。通過研究不同b值下衡量指標(biāo)的變化關(guān)系，找出最優(yōu)b值。其中，衡量指標(biāo)設(shè)定為。
2人機交互實現(xiàn)
本平臺通過MATLAB的圖形用戶界面（GUI）的設(shè)計環(huán)境來實現(xiàn)人機交互界面設(shè)計，設(shè)計主要包括GUI界面設(shè)計和回調(diào)函數(shù)的設(shè)計，分別對應(yīng)生成.fig和.m文件。仿真優(yōu)化平臺界面設(shè)計如圖1所示。GUI界面設(shè)計通過設(shè)置菜單和各個控件，并對其進行位置布置和屬性編輯來實現(xiàn)，在設(shè)計好GUI界面之后，編寫菜單和各個控件的回調(diào)函數(shù)的程序代碼，實現(xiàn)各個控件相應(yīng)的功能。其中回調(diào)函數(shù)均采用M語言設(shè)計。該平臺設(shè)計有多個功能模塊，每個模塊包含多個子程序，結(jié)構(gòu)控制流程如圖2所示。
2.1初始設(shè)置模塊該模塊包括模型的設(shè)置和基本參數(shù)的輸入。在GM（1,1）模型的基礎(chǔ)上，引入了3種GM(1,1)改進模型，便于用戶比較不同模型的仿真計算效果；通過導(dǎo)入功能，可以從指定的EXCEL或WORD中讀取歷史數(shù)據(jù)作為輸入，有利于進行實時在線預(yù)測。
2.2操作模塊該模塊包括仿真、精度檢驗、誤差分析、預(yù)測、步長選擇等操作。用戶只需要通過這些操作即可完成對原始數(shù)據(jù)序列的灰色預(yù)測仿真計算。
2.3輸出模塊該模塊負(fù)責(zé)建模精度檢驗結(jié)果和仿真結(jié)果的輸出，主要包括預(yù)測值、仿真計算過程中的中間反饋參數(shù)、曲線對比圖以及誤差分析的輸出等，每項輸出均可獨立顯示。此外，模塊設(shè)置有導(dǎo)出功能，可以將每次仿真計算的結(jié)果以及相關(guān)反饋參數(shù)保存至工作目錄下EXCEL或WORD文件中。
3仿真實例
本計算實例根據(jù)文獻[9]中的試驗數(shù)據(jù)，分別取7個采樣時刻，前6個時刻的數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，第7個采樣時刻數(shù)據(jù)用來驗證模型的預(yù)測精度。部分試驗數(shù)據(jù)如表1所示.1）單調(diào)數(shù)據(jù)。如油耗率，模型設(shè)置為傳統(tǒng)GM（1,1）模型，平臺仿真計算結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，平臺輸出的模型擬合值為：[182.5183.4726787.4834191.5819195.7699200.0195]；相對誤差為：[01.2274-0.88341-1.08190.13010.65051]；誤差精度“良好”；模型預(yù)測值為204.423，與文獻[9]中的預(yù)測值為204.4基本吻合，說明了仿真平臺的準(zhǔn)確性。相比于文獻[9]的命令窗口操作形式，本平臺操作方便，仿真計算效率更高，同時所有中間反饋信息可以通過導(dǎo)出功能保存至工作目錄下.xls文件中，以便于用戶查詢和后處理。2）波動數(shù)據(jù)。如增壓器轉(zhuǎn)速，模型設(shè)置為傳統(tǒng)GM（1,1）模型，平臺仿真計算結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，對于波動數(shù)據(jù)傳統(tǒng)GM（1,1）模型擬合出的序列已經(jīng)無法準(zhǔn)確描述原序列的變化趨勢，因而無法進行準(zhǔn)確預(yù)測，需要采取改進模型。模型設(shè)置改為殘差GM（1,1）模型，不同i值下的模型結(jié)果與試驗值對比圖如圖5所示。從圖5可以看出，當(dāng)i=1時即殘差GM（1,1）1模型能夠反應(yīng)出增壓器轉(zhuǎn)速的波動特點，因此宜采用殘差GM(1,1)1模型來對增壓器轉(zhuǎn)速進行預(yù)測，這與文獻[9]中的結(jié)論一致，進一步說明了該平臺的準(zhǔn)確性。
4結(jié)束語
利用MATLABGUI編程環(huán)境開發(fā)了多功能灰色預(yù)測仿真優(yōu)化平臺，有效避免了灰色預(yù)測建模過程中編程以及程序運行的繁瑣，簡化了建模過程，提高了建模仿真的效率；平臺提供多種改進模型選擇，可以有效解決不同特點原始序列的灰色預(yù)測仿真及其優(yōu)化；通過編譯生成的.exe可執(zhí)行文件可脫離MATLAB單獨運行，便于實際應(yīng)用。通過實例驗證結(jié)果表明，此仿真平臺界面友好，操作方便，具有良好的實用性和交互性。同時本研究在日后的工作中，將為平臺不斷補充更多的GM（1,1）優(yōu)化模型如全負(fù)數(shù)據(jù)序列GM（1,1）預(yù)測模型、基于GourierGM（1,1）模型、GM（1,1）冪模型等，以此豐富模型庫，為用戶的灰色預(yù)測建模研究提供更多的方式選擇。
作者：馮洲鵬祖象歡曹瑞國單位：海軍駐興平地區(qū)軍事代表室哈爾濱工程大學(xué)動力與能源工程學(xué)院陜西柴油機重工有限公司