r语言进行pso-lssvm模型代码

PSO-LSSVM模型是一种融合了PSO算法和LSSVM模型的预测模型，应用在时间序列预测、信号分析和图像识别等领域具有很好的应用前景。下面是用R语言编写PSO-LSSVM模型的代码：

首先，导入所需的包：kernlab, mlbench, ggplot2, caret, e1071, forecast。

library(kernlab)
library(mlbench)
library(ggplot2)
library(caret)
library(e1071)
library(forecast)

其次，读取数据（使用UCI公开数据集中的“电力需求”数据集作为例子）。为了更好的验证模型的预测结果，我们将原始数据集按7:3划分训练集和测试集。

data("ElectricDemand")
x <- ElectricDemand[, c("date", "hour", "nswprice", "nswdemand")]
x$date <- as.Date(x$date, "%m/%d/%Y")
x$year <- format(x$date, "%Y")
x$month <- format(x$date, "%m")
x$dayofweek <- format(x$date, "%w")
x$weekofyear <- format(x$date, "%U")
x$hour <- as.numeric(x$hour)
head(x)

# 按7:3比例划分训练集和测试集
part <- createDataPartition(x$nswdemand, p = 0.7, list = FALSE, times = 1)
train <- x[part, ]
test <- x[-part, ]

然后，定义PSO-LSSVM模型的训练函数。这里我们使用径向基函数（RBF）作为核函数，使用PSO算法来优化LSSVM模型中的权重参数。其中，第1个参数X是训练数据的自变量，第2个参数Y是训练数据的因变量，第3个参数C是惩罚参数，第4个参数g为RBF函数的参数。

pso_lssvm <- function(X, Y, C, g){
  # 定义LSSVM模型
  model <- ksvm(X, Y, kernel = "rbfdot", kpar = list(sigma = g), C = C)
  # 计算训练误差
  y_pred <- predict(model, X)
  error <- mean((y_pred - Y)^2)
  # 返回模型和训练误差
  return(list(model = model, error = error))
}

# 测试一下模型函数
pso_lssvm(train[, c("nswprice", "dayofweek", "hour")], train$nswdemand, 1, 0.1)

接着，定义PSO算法函数。其中，第1个参数f是要优化的函数，第2个参数lb和ub为每个维度的范围，第3个参数size为种群大小，第4个参数maxiter为最大迭代次数。

pso <- function(f, lb, ub, size, maxiter){
  # 初始化粒子位置和速度
  dim <- length(lb)
  x <- runif(size = size * dim, min = lb, max = ub)
  v <- runif(size = size * dim, min = -abs(ub - lb), max = abs(ub - lb))
  # 记录粒子历史最优位置和函数值
  p <- x
  fbest <- apply(x, MARGIN = 1, f)
  pbest <- x
  # 记录全局最优位置和函数值
  gbest <- p[which.min(fbest), ]
  fgbest <- f(gbest)
  # 开始迭代
  for (i in 1:maxiter) {
    # 更新速度和位置
    v <- 0.8 * v + 0.2 * (p - x) * rnorm(size * dim)
    x <- p + v
    # 处理越界的位置
    x[x < lb] <- lb[x < lb]
    x[x > ub] <- ub[x > ub]
    # 计算新的函数值
    fx <- apply(x, MARGIN = 1, f)
    # 更新历史最优位置和函数值
    idx <- fx < fbest
    if (sum(idx) > 0) {
      p[idx, ] <- x[idx, ]
      fbest[idx] <- fx[idx]
      pbest[idx, ] <- x[idx, ]
    }
    # 更新全局最优位置和函数值
    j <- which.min(fbest)
    if (fbest[j] < fgbest) {
      gbest <- p[j, ]
      fgbest <- fbest[j]
    }
  }
  # 返回粒子历史最优位置和函数值，以及全局最优位置和函数值
  return(list(pbest = pbest, fbest = fbest, gbest = gbest, fgbest = fgbest))
}

# 测试一下PSO算法函数
pso(function(x) sum(x^2), c(-1, -1), c(1, 1), 50, 100)$fgbest

最后，结合上述函数，定义PSO-LSSVM模型的交叉验证函数。其中，第1个参数X是训练数据的自变量，第2个参数Y是训练数据的因变量，第3个参数k为交叉验证折数，第4、5个参数c_range和g_range分别是惩罚参数C和RBF函数参数g的搜索范围。

pso_lssvm_cv <- function(X, Y, k, c_range, g_range){
  # 定义交叉验证函数
  set.seed(1)
  folds <- createFolds(Y, k = k)
  fold_error <- rep(0, k)
  for (i in 1:k) {
    # 分割训练集和验证集
    train_idx <- unlist(folds[-i])
    valid_idx <- folds[[i]]
    X_train <- X[train_idx, ]
    Y_train <- Y[train_idx]
    X_valid <- X[valid_idx, ]
    Y_valid <- Y[valid_idx]
    # 定义PSO函数
    f <- function(x) pso_lssvm(X_train, Y_train, C = x[1], g = x[2])$error
    lb <- c(c_range[1], g_range[1])
    ub <- c(c_range[2], g_range[2])
    # 使用PSO算法来搜索C和g的最优值
    pso_result <- pso(f, lb, ub, size = 50, maxiter = 100)
    best_c <- pso_result$gbest[1]
    best_g <- pso_result$gbest[2]
    # 用最优的C和g值训练模型，并计算验证误差
    model <- ksvm(X_train, Y_train, kernel = "rbfdot", kpar = list(sigma = best_g), C = best_c)
    y_pred <- predict(model, X_valid)
    fold_error[i] <- mean((y_pred - Y_valid)^2)
  }
  # 返回交叉验证误差的平均值
  return(mean(fold_error))
}

# 测试一下交叉验证函数
pso_lssvm_cv(train[, c("nswprice", "dayofweek", "hour")], train$nswdemand, k = 3, c_range = c(0.1, 10), g_range = c(0.1, 1))

最终，我们可以使用以上定义的函数来训练PSO-LSSVM模型，并预测测试集中的需求量。这里我们通过网格搜索法来确定PSO-LSSVM模型的最优参数，其中C和g的搜索范围分别为0.1到10和0.1到1。

# 确定惩罚参数C和RBF函数参数g的最优值
c_range <- seq(0.1, 10, by = 0.1)
g_range <- seq(0.1, 1, by = 0.1)
cv_error <- sapply(c_range, function(c) sapply(g_range, function(g) pso_lssvm_cv(train[, c("nswprice", "dayofweek", "hour")], train$nswdemand, k = 3, c_range = c(c, c), g_range = c(g, g))))
optimal_c <- c_range[which.min(cv_error)]
optimal_g <- g_range[which.min(cv_error)]
cat("The optimal C is:", optimal_c, "\n")
cat("The optimal g is:", optimal_g, "\n")
ggplot(data = data.frame(c_range, g_range, cv_error = as.vector(cv_error)), aes(x = c_range, y = g_range, fill = cv_error)) + 
  geom_tile() + 
  scale_fill_gradient(low = "white", high = "steelblue") + 
  xlab("C") + ylab("g") +
  theme_bw() +
  theme(panel.grid.major = element_blank(), panel.grid.minor = element_blank(), panel.border = element_blank(), axis.line = element_line(colour = "black"), legend.position = "bottom")

# 训练最终的模型
model <- ksvm(train[, c("nswprice", "dayofweek", "hour")], train$nswdemand, kernel = "rbfdot", kpar = list(sigma = optimal_g), C = optimal_c)
# 预测测试集
y_pred <- predict(model, test[, c("nswprice", "dayofweek", "hour")])
# 计算测试误差
test_error <- mean((y_pred - test$nswdemand)^2)
cat("The test error is:", test_error, "\n")
# 绘制预测结果图表
ggplot(data = rbind(train, test), aes(x = date, y = nswdemand, colour = ifelse(date < min(test$date), "training", "testing"))) +
  geom_line() +
  scale_colour_manual(values = c("training" = "black", "testing" = "red")) +
  ggtitle(paste("PSO-LSSVM Model with", length(train), "training data and", length(test), "testing data")) +
  xlab("Date") +
  ylab("Demand")

这份代码涵盖了PSO算法、LSSVM模型、交叉验证以及网格搜索等多个步骤，可以应用于PSO-LSSVM模型的训练和预测。需要注意的是，PSO算法和LSSVM模型都有一些超参数需要调整，这里只是提供了一些范例参数，具体应用时需要根据具体数据集来调整参数。