數(shù)據(jù)挖掘艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)范文

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摘要:艦船裝備維修費(fèi)具有一定的規(guī)律性，同時(shí)也有一定的隨機(jī)性，導(dǎo)致很難進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)。為了提高艦船裝備維修費(fèi)精度，減少艦船裝備維修估計(jì)偏差，設(shè)計(jì)了基于數(shù)據(jù)挖掘的艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型。首先分析當(dāng)前艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型的各種局限性，然后收集艦船裝備維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)艦船裝備維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到更加有規(guī)律的艦船裝備維修費(fèi)數(shù)據(jù)，然后采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)建立艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型，并采用實(shí)際艦船裝備維修費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。本文模型的艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)精度高，艦船裝備維修費(fèi)的估計(jì)誤差遠(yuǎn)小于當(dāng)前其他艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型，結(jié)果證明本文方法是一種精度高，誤差小的艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型。

關(guān)鍵詞：艦船裝備；維修費(fèi)估計(jì)；數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

引言

隨著艦船的類型越來越多，艦船的使用頻率越來越高，艦船各部件出現(xiàn)故障的頻率越來越高，當(dāng)艦船裝備出故障時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行維修。由于各方面的費(fèi)用不斷增加，艦船裝備維修費(fèi)用也不斷增加，為了降低艦船裝備維修費(fèi)，需要對(duì)艦船維修費(fèi)進(jìn)行估計(jì)，因此艦船維修費(fèi)估計(jì)的建模研究受到了人們的重視[1]。多年以來，艦船公司以及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)艦船維修費(fèi)估計(jì)問題進(jìn)行了相應(yīng)的研究，當(dāng)前艦船維修費(fèi)估計(jì)模型可以劃分為兩類：一類是線性艦船維修費(fèi)估計(jì)模型，主要有元線性回歸模型[2]，其認(rèn)為艦船維修費(fèi)呈現(xiàn)線性變化特點(diǎn)，建模過程十分簡(jiǎn)單，而且十分容易實(shí)現(xiàn)艦船維修費(fèi)估計(jì)程序，但是其艦船維修費(fèi)估計(jì)精度低，這是因?yàn)榕灤S修費(fèi)與經(jīng)濟(jì)、材料以及人工勞務(wù)費(fèi)相關(guān)，不僅只是線性變化特點(diǎn)，而且具有較強(qiáng)的隨機(jī)性變化特點(diǎn)，這樣線性模型無法建立高精度的艦船維修費(fèi)估計(jì)模型[3]。另一類是非線性的艦船維修費(fèi)估計(jì)模型，主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其認(rèn)為艦船維修費(fèi)具有非線性變化點(diǎn)，通過模擬人大腦思想過程對(duì)艦船維修費(fèi)變化特點(diǎn)進(jìn)行建模，相對(duì)于線性艦船維修費(fèi)估計(jì)模型，其艦船維修費(fèi)估計(jì)精度得到了明顯的改善。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要求艦船維修費(fèi)的歷史數(shù)據(jù)比較大，不然得不到理想的艦船維修費(fèi)估計(jì)結(jié)果[4]。支持向量機(jī)是最近興新的一種數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，其建模能力比BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)，而且要求問題的歷史數(shù)據(jù)數(shù)量不多，為艦船維修費(fèi)估計(jì)建模提供了一種新的工具[5]。為了提高艦船裝備維修費(fèi)精度，減少艦船裝備維修估計(jì)偏差，設(shè)計(jì)了基于數(shù)據(jù)挖掘的艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型，并采用實(shí)際艦船裝備維修費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，以分析本文模型的艦船維修費(fèi)估計(jì)效果。

1數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

1.1混沌分析理論

x(i),i=1,2,•••,n混沌分析理論是一種數(shù)據(jù)分析方法，其可以將看似無規(guī)律的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)變換，得到有規(guī)律的數(shù)據(jù)，可以加快建模速度，同時(shí)并獲得更優(yōu)的建模效果。設(shè)艦船維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)為：，n表示艦船維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，若對(duì)數(shù)據(jù)不做任何處理，直接采用支持向量機(jī)對(duì)艦船維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，有時(shí)艦船維修費(fèi)估計(jì)結(jié)果不理想，因此采用混沌分析理論對(duì)艦船維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，通過確定合理的時(shí)間延遲（τ）和嵌入維數(shù)（m），變換得到更有規(guī)律的艦船維修費(fèi)數(shù)據(jù)，具體為：

1.2支持向量機(jī)

X(i)={x(i−(m−1)τ,•••,x(i−τ),x(i)}y(i)=x(i+1)變換后的艦船維修費(fèi)數(shù)據(jù)為：，其對(duì)應(yīng)的輸出為：，支持向量機(jī)通過訓(xùn)練建立如下形式：[Ψ(xi)，yi]和支持向量機(jī)的超平面距離為1/||ω||，在建模過程中，難免出現(xiàn)一點(diǎn)誤差比較大的數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此需要引入松弛變量ζi對(duì)誤差點(diǎn)進(jìn)行弱化操作，那么可以得到對(duì)式（3）的問題進(jìn)行求解十分困難，為了簡(jiǎn)化操作，以更好的求解，對(duì)式（3）進(jìn)行適當(dāng)變換，得到帶約束優(yōu)化問題，具體為式中，C表示對(duì)估計(jì)誤差的懲罰程度。引入拉格朗算子αi進(jìn)一步對(duì)式（4）進(jìn)行簡(jiǎn)化操作，加快問題求解速度，則有：采用核函數(shù)K(xi,x)=ψ(xi)ψ(x)，那么最后得到支持向量機(jī)的決策函數(shù)為支持向量機(jī)的建模效果與懲罰參數(shù)C取值直接相關(guān)，通常采用人工方式確定，這樣得到的懲罰參數(shù)值不是最優(yōu)，影響艦船維修費(fèi)估計(jì)效果，本文選擇布谷鳥搜索算法優(yōu)化支持向量機(jī)的懲罰參數(shù)C的值，以提高船維修費(fèi)估計(jì)精度。

2艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)挖掘的艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型綜合了混沌分析理論和支持向量機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，工作步驟為：1）根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)以及有關(guān)研究，通過專業(yè)人員對(duì)艦船裝備維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。2）確定τ和m，通過混沌分析理論對(duì)艦船維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到艦船維修費(fèi)估計(jì)的建模樣本。3）采用布谷鳥搜索算法優(yōu)化支持向量機(jī)的懲罰參數(shù)C。4）采用最優(yōu)C建立艦船維修費(fèi)估計(jì)的模型。5）采用測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)艦船維修費(fèi)估計(jì)模型的性能進(jìn)行分析。

3艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)的實(shí)例分析

3.1艦船裝備維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)

為了分析基于數(shù)據(jù)挖掘的艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型性能，對(duì)一個(gè)艦船裝備修理廠維修費(fèi)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，結(jié)果如圖1所示。選擇前100個(gè)數(shù)據(jù)建立艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型，以分析艦船裝備維修費(fèi)擬合效果，選擇其他50個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型泛化性能進(jìn)行測(cè)試。為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)挖掘的艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型優(yōu)越性，選擇文獻(xiàn)[5]的數(shù)據(jù)挖掘的艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型進(jìn)行仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。 采用混沌分析理論對(duì)圖1中的艦船裝備維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到艦船裝備維修費(fèi)歷史數(shù)據(jù)的τ=5，m=7，采用采用布谷鳥搜索算法優(yōu)化支持向量機(jī)的懲罰參數(shù)C，結(jié)果為c=17.785。

3.2結(jié)果與分析

采用兩種艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型對(duì)圖1中的艦船裝備維修費(fèi)前100個(gè)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到的結(jié)果如圖2所示。對(duì)圖2的艦船裝備維修費(fèi)擬合結(jié)果進(jìn)行分析可以知道，本文艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型的擬合效果要優(yōu)于對(duì)比艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型的擬合效果，提高了艦船裝備維修費(fèi)擬合精度，大幅度降低了艦船裝備維修費(fèi)擬合誤差，初步驗(yàn)證了本文艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型的優(yōu)越性。采用2種艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型對(duì)圖1中的50個(gè)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，得到的結(jié)果如圖3所示。可知，本文模型的艦船裝備維修費(fèi)泛化效果更優(yōu)，提高了艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)精度，再一次證明了本文艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型的優(yōu)越性。4結(jié)語(yǔ)艦船裝備維修費(fèi)受到工人工資、經(jīng)濟(jì)、材料等因素綜合影響，具有十分強(qiáng)烈的隨機(jī)性，當(dāng)前模型對(duì)艦船裝備維修費(fèi)變化特點(diǎn)難以進(jìn)行精準(zhǔn)描述，使得艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)誤差大，為了解決艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)誤差大的缺陷，設(shè)計(jì)基于數(shù)據(jù)挖掘的艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)模型，并進(jìn)行了艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)實(shí)例驗(yàn)證，結(jié)果表明，本文模型可以精度描述艦船裝備維修費(fèi)變化趨勢(shì)，獲得了高精度的艦船裝備維修費(fèi)估計(jì)結(jié)果，在艦船裝備維修中具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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作者：廖美紅 單位：桂林電子科技大學(xué)