故障诊断中人工神经网络和SVM两种方法的对比。(IJIEEB-V2-N1-4)

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支持向量机与神经网络算法的对比分析

支持向量机与神经网络算法的对比分析

支持向量机与神经网络算法的对比分析支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和神经网络(Neural Network,NN)是目前被广泛应用于机器学习和数据挖掘领域的两种重要算法。

本文将从算法原理、模型性能和应用领域等方面对两者进行对比分析。

1. 算法原理:支持向量机是一种基于统计学习理论和结构风险最小化原则的分类算法。

它通过构建一个能将不同类别的样本点分隔开的超平面来进行分类。

其核心思想是通过最大化支持向量到超平面的距离(即间隔),来使分类器具有较好的鲁棒性和泛化能力。

神经网络则是一种模拟人脑神经元工作方式的计算模型。

它由输入层、隐藏层和输出层构成,通过建立层与层之间的连接权重和阈值来实现信息传递和处理。

神经网络的学习过程主要是通过调整连接权重来达到对输入数据进行分类或回归分析的目的。

2. 模型性能:支持向量机在数据集较小且线性可分的情况下表现较好,具有较高的准确率和鲁棒性。

它的模型简单,对于噪声和数据分布的变化具有较好的处理能力。

在处理大规模数据集时,支持向量机的训练和预测速度相对较慢。

神经网络适用于中等和大规模的数据集,因为它具有更强的数据拟合能力和表达能力。

神经网络能够自动学习特征和规律,对非线性问题的处理能力较强。

神经网络模型相对复杂,对于数据集较小或数据分布不平衡的情况下容易过拟合,需要更多的数据进行训练。

3. 应用领域:支持向量机特别适用于二分类问题和文本分类领域。

它在文本挖掘、图像识别、生物信息学等领域取得了很好的效果。

支持向量机的核函数可以根据问题的特点进行选择,具有较好的灵活性和可解释性。

神经网络广泛应用于图像识别、语音识别、自然语言处理等领域,它在处理具有复杂结构和高维数据的问题上具有出色的表现。

神经网络可以通过增加隐藏层和神经元的数量来提高模型的性能,但在面对高噪声环境和少样本问题时容易过拟合。

支持向量机和神经网络都是两种重要的机器学习算法。

支持向量机适用于小规模数据集和线性可分问题,具有较好的可解释性。

基于人工神经网络的电力系统故障诊断技术研究

基于人工神经网络的电力系统故障诊断技术研究

基于人工神经网络的电力系统故障诊断技术研究人工神经网络技术在电力系统的应用中具有广泛的应用前景。

其中,电力系统故障诊断技术是电力系统运行中最为重要的技术之一。

本文将探讨基于人工神经网络的电力系统故障诊断技术研究,以及在电力系统故障诊断方面进行改进的方法。

一、人工神经网络人工神经网络(简称ANN)是模拟人脑神经元之间相互连接的计算系统,以实现信息处理和知识存储,并能自适应地从经验中学习。

ANN的结构与人脑的结构相似,包括输入层、隐含层和输出层。

一般采用BP神经网络进行模型训练,训练完成后可以用于诊断设备故障。

二、基于ANN的电力系统故障诊断方法在电力系统的诊断过程中,ANN具有很好的特征提取和模式识别能力,可以有效地解决复杂设备故障的问题。

目前基于ANN的电力系统故障诊断方法主要分为以下几种:1. BP神经网络模型BP神经网络是一种典型的ANN模型,其训练和预测过程都比较简单。

在电力系统故障诊断方面,BP神经网络可以处理包括高压开关、变压器、发电机等在内的多种设备的故障。

2. RBF神经网络模型RBF神经网络是一种具有高度非线性特征的ANN模型。

在电力系统故障诊断中,RBF神经网络可以有效地处理低压电力设备的故障。

并且,该模型具有很强的学习能力和泛化能力,可以在复杂环境下进行预测和诊断。

3. SOM神经网络模型SOM神经网络是一种具有很强的自组织特征的ANN模型。

在电力系统故障诊断中,SOM神经网络主要用于电力监控系统中,可以对设备的状态进行实时监测和处理。

三、改进基于ANN的电力系统故障诊断方法无论是BP神经网络、RBF神经网络还是SOM神经网络,都存在着一些缺点和不足。

为了使其在电力系统故障诊断方面发挥更大的作用,需要进行改进。

当前,主要有如下改进方法:1. 搭建深度神经网络模型深度神经网络(Deep Neural Network)可以通过多层隐藏层来提高模型的非线性拟合能力。

在应用于电力系统故障诊断时,搭建深度神经网络模型可以提高模型的准确率和诊断精度。

人工神经网络与支持向量机的集成研究

人工神经网络与支持向量机的集成研究

人工神经网络与支持向量机的集成研究人工智能领域中的人工神经网络和支持向量机(SVM)是两种常见的模型。

两者各有优缺点,但也有许多相似之处。

随着机器学习研究的不断深入,人们开始思考将它们进行集成,以期获得更好的性能。

一、人工神经网络和支持向量机的简介人工神经网络是由许多个简单的神经元组成的复杂系统。

每个神经元接受输入数据、进行计算,并生成输出。

它们常用于模式识别和分类,如语音识别、图像识别和自然语言处理等领域。

支持向量机是一种非常灵活的分类方法,它能够将不同类别的数据分割得越来越好。

通常最难处理的数据是高维数据,这类数据难以用简单的线性分割进行分类,而SVM能够基于训练数据找到最佳的分割方法。

因此它通常在机器学习领域中被广泛应用。

二、人工神经网络和支持向量机的优缺点不论是人工神经网络还是支持向量机,它们都有各自的优缺点。

人工神经网络的优点在于能够处理非线性分类问题。

通过多层神经元,它们能够自动学习复杂的特征,识别出相似的模式。

但是算法比较复杂,训练速度比SVM慢,而且可能会出现过拟合的问题。

SVM的优点在于在保证分类准确度的前提下尽量使分类距离最大化,进而提高了模型的泛化性能,减小了在样本中存在噪声的影响。

但是在训练比较复杂的非线性分类问题时,很容易出现无法找到合适的分割超平面的情况,因此需要一定的领域知识和算法实践经验,且对于高维和海量数据的处理上分割超平面的求解可能会耗费更多的计算时间。

三、人工神经网络和支持向量机的集成方法通过整合人工神经网络和支持向量机,潜在的优点将更加显著,同时它们各自的缺点也可以相互补足。

常见方法包括:1. 神经网络和支持向量机的串联。

将一个神经网络的输出用作支持向量机的输入,可以提高SVM的分类效果。

其中,SVM的分割超平面是从整个网络的内部使用的。

2. 神经网络和支持向量机的并联。

通过并联两个模型,另一个方法是使用两个输出来作为一个并行分类器的输入。

该方案相当于在两个分类器的条件可能不满足时交互帮助获得更好的准确性分类结果。

基于人工神经网络的故障诊断算法研究

基于人工神经网络的故障诊断算法研究

基于人工神经网络的故障诊断算法研究一、引言故障诊断在生产和工程领域中具有很重要的意义,能够及时发现故障并解决问题,提高工作效率、质量和可靠性。

近年来,随着人工智能技术的发展,基于人工神经网络的故障诊断算法在某些领域得到广泛应用,并取得了一定的成果。

本文将探讨基于人工神经网络的故障诊断算法的研究现状和应用前景。

二、人工神经网络概述人工神经网络是一种以模拟人类神经系统为理论基础的计算模型,其结构和功能与生物神经元相似,可以解决类似于模式识别、分类、数据预测等问题。

人工神经网络的基本要素包括神经元、突触、权值等。

神经元是神经网络的基本单元,其接收输入信号并通过一定的运算得出输出信号。

突触是神经元与神经元之间的连接,通过突触将神经元的输出信号传递给下一层神经元。

权值是突触连接强度的衡量指标,决定了信号是否能够有效传递。

人工神经网络按照网络结构可分为单层前馈神经网络、多层前馈神经网络、循环神经网络等。

其中,多层前馈神经网络(MLP)是最常用的一种类型,主要由输入层、隐层和输出层组成,具有较好的解决非线性问题的能力和较高的预测准确率。

三、基于人工神经网络的故障诊断算法研究在工业生产和工程领域中,故障诊断是一项非常重要的任务。

传统的故障诊断算法通常基于规则、统计或模型等方法,但其对于复杂系统和非线性问题的诊断效果有限。

近年来,基于人工神经网络的故障诊断算法逐渐成为研究热点。

其通过对系统的输入和输出进行学习,建立模型并进行分类预测,实现对故障进行准确诊断的目的。

基于人工神经网络的故障诊断算法的研究主要有以下几个方向:1、基于监督式学习的故障诊断算法此类算法主要通过训练样本对神经网络进行学习,建立神经网络模型并对故障进行分类诊断。

常用的监督式学习算法包括BP神经网络、RBF神经网络、SVM等。

其中,BP神经网络是最常用的一种算法,其通过反向传播算法对神经网络进行训练和调整权值,通过输出误差最小化的方式提高诊断准确率。

SVM和神经网络在电能质量扰动分类应用中的对比

SVM和神经网络在电能质量扰动分类应用中的对比

t e c a sfc to b l y o li l l s i e s i c mp r d h l s i a i n a i t fmu t e c a sf r s o a e .S mu a i n r s l h w h twih t e c m— i i p i i lto e u t s o t a t h o s
摘 要 : 出 了一 种 电能 质 量 动 态 扰 动 特 征 向量 的提 取 方 法 , 析 比较 了 多种 分 类 器对 电能 质 量 动 态 扰 动 的 分 类 提 分 能 力 。 首 先 采 用 小 波 包 分 解 算 法 对 电能 质 量 信 号 某 一 频段 内的 信 息 进 行 精 细 分 解 从 而 提 取 出特 征 向 量 , 然后 针 对 该特 征 向 量 构 造 了相 应 的 B P神 经 网络 、 习 向 量 量 化 ( erigvco u ni t n L 学 L ann etrq a t ai , VQ) 经 网络 、 z o 神 自组 织 特 征 映射 ( e —ra in p S S l ognz gma ,0M ) 经 网 络及 支持 向 量 机 (u p r vco c ieS f i 神 S p ot etrmahn ,VM ) 类 器 , 模 拟 实 分 并
Ab t a t A w t od f e t e v c o xt a to fp s r c : ne me h orf a ur e t re r c i n o owe ua iy dit r n e i r s nt d,a he r q lt s u ba c s p e e e nd t c a sfc to bi t fmuli l l s iir f owe ua iy d s ur a c sa l e nd c l s iia i n a l y o i tp e c a s fe orp r q l it b n e i nayz d a omp r d.Fis — t ae r t l y,t e wa ee a ke e ompo ii n o n we h v ltp c td c sto fa ba d ofpo rquaiy s g l sus d t x r c hef a ur c lt i nas i e o e t a tt e t eve —

支持向量机与神经网络算法的对比分析

支持向量机与神经网络算法的对比分析

支持向量机与神经网络算法的对比分析支持向量机(Support Vector Machine,SVM)是一种在机器学习领域常用的分类、回归和异常检测算法,而神经网络(Neural Network)是一类模仿生物神经系统工作原理的算法。

两者都是目前较为流行的机器学习算法,但在应用领域、算法复杂度、可解释性等方面存在一些差异。

本文将对支持向量机和神经网络算法进行对比分析。

支持向量机和神经网络算法在应用领域存在一定差异。

支持向量机主要适用于二分类和多分类问题,并且在小样本情况下的性能较好。

它在文本分类、图像分类、生物识别、金融风险评估等领域有广泛应用。

而神经网络算法可以用于分类、回归、聚类等问题,尤其在处理大规模数据集和复杂非线性问题方面具有优势。

它在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域有广泛应用。

支持向量机和神经网络算法的算法复杂度不同。

支持向量机算法的复杂度主要取决于支持向量的数量,在样本量较大时算法的复杂度较高,但在样本量较小时具有优势。

而神经网络算法的复杂度主要取决于神经网络的层数和神经元的数量。

通常情况下,增加网络的深度和宽度会增加算法的复杂度,但同时也会增加模型的表达能力。

支持向量机和神经网络算法在可解释性方面有所不同。

支持向量机算法通过选择支持向量并计算间隔,可以很直观地解释模型的决策过程。

而神经网络算法通常被认为是一种黑盒模型,其决策过程较难进行解释。

这使得支持向量机在需要对模型输出进行解释的情况下具有一定优势。

支持向量机和神经网络算法在数据要求和特征工程方面也有差异。

支持向量机对数据的要求相对较低,对数据分布的假设较弱,且可以处理高维数据。

而神经网络算法对数据的要求相对较高,通常需要对输入数据进行归一化和预处理,并且对于数据的分布有一定的假设。

神经网络算法对特征工程较敏感,需要手动选择和提取合适的特征,而支持向量机则可以通过核函数对数据进行非线性映射。

支持向量机和神经网络算法在应用领域、算法复杂度、可解释性、数据要求和特征工程等方面存在一些差异。

支持向量机与神经网络算法的对比分析

支持向量机与神经网络算法的对比分析

支持向量机与神经网络算法的对比分析支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和神经网络(Neural Network)是机器学习领域中常用的两种算法,它们在解决分类问题方面都具有较好的效果。

本文将从原理、适用领域、优缺点和应用案例等方面对支持向量机和神经网络进行对比分析。

一、原理1. 支持向量机:支持向量机是基于统计学习理论的一种监督学习方法,其基本思想是通过一个超平面将不同类别的样本分开,使得不同类别的样本离超平面的距离最大化。

支持向量机可以通过核函数将非线性问题转化为线性问题进行求解。

2. 神经网络:神经网络是一种模仿人脑神经系统工作原理的数学模型,它由多个神经元(节点)组成的各层网络构成。

通过输入层、隐藏层和输出层之间的连接权值和激活函数,神经网络可以学习输入与输出之间的映射关系。

二、适用领域1. 支持向量机:支持向量机适用于二分类和多分类问题,尤其适用于小样本、高维度的数据集分类。

在图像识别、文本分类、生物信息学等领域有广泛应用。

2. 神经网络:神经网络适用于各种分类和回归问题,尤其对于非线性问题具有优势。

在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域有广泛应用。

三、优缺点1. 支持向量机:优点:具有较高的分类精度和泛化能力,适用于小样本、高维度的数据集;通过核函数可以解决非线性问题;有较好的鲁棒性,能够有效处理噪声和异常值。

缺点:对于大规模数据集的计算开销较大;参数调节较为繁琐;不能直接处理多分类问题,需要进行One-vs-One或One-vs-Rest的转换。

2. 神经网络:优点:具有很强的学习能力,能够处理复杂的非线性问题;适应性强,能够自动提取特征;对于噪声和异常值具有较好的鲁棒性。

缺点:在训练过程中需要大量的数据和计算资源;容易过拟合,需要合适的正则化方法进行优化;结构复杂,学习过程不可解释。

四、应用案例1. 支持向量机:在图像识别领域,支持向量机被广泛应用于人脸识别、手写数字识别等任务。

基于SVM和深度学习的飞机故障诊断技术研究

基于SVM和深度学习的飞机故障诊断技术研究

基于SVM和深度学习的飞机故障诊断技术研究近年来,飞行安全一直是航空业界的重点关注对象。

飞机故障诊断技术被广泛应用于飞机维修中,它可以精准地检测并定位飞机的故障,并进行快速有效的维修。

本文将探讨基于支持向量机(SVM)和深度学习技术的飞机故障诊断技术,分析其优缺点,并探讨其在实际应用中的局限性和未来发展方向。

SVM是一种经典的机器学习算法,它可以对数据进行分类和回归预测。

在飞机故障诊断中,SVM可以通过学习已知数据集,建立一个分类器,对未知数据进行分类,预测故障的类型和位置。

一个普遍的方法是将一些特征值,如振动、温度等,提取出来,作为输入数据,SVM模型将根据这些特征值,判断出故障的类型和位置。

与SVM相比,深度学习技术(如神经网络)在飞机故障诊断方面将具有更好的适应性和预测能力。

深度学习技术可以深入挖掘输入数据中的复杂特征,从而更准确地判断飞机故障。

此外,深度学习技术的模型具有很好的泛化能力,在输入数据在一定程度上发生变化时,依然能够具有良好的预测性能。

在实际应用中,SVM和深度学习技术都有着各自的优缺点。

SVM的优点是计算速度较快,可解释性强,适用于小型数据集。

但SVM在应对非线性问题时表现不佳。

深度学习技术的优点是可以处理非线性问题,具有较强的存储能力和拟合能力,适用于大型数据集。

但深度学习技术存在训练时间长、超参数难以调节等问题。

综合比较来看,应根据实际情况选择适合的方法。

虽然SVM和深度学习技术都能够应用于飞机故障诊断中,但其应用也具有一定的局限性。

飞机故障诊断数据的获取难度较大,数据量也比较有限,这就限制了机器学习技术的潜力。

同时,在实际应用中,机器学习所建立的模型可能会出现过拟合、欠拟合等情况,需要加以解决。

此外,对于某些比较复杂的故障,机器学习技术仍然有较大的局限性。

未来,随着数据采集技术和机器学习技术的不断发展,飞机故障诊断技术将更加智能化。

可基于飞机内部各种传感器采集的数据,通过建立智能化的诊断模型,实现对飞机的实时监测、预警和诊断。

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Abstract—two diagnosis methods based on a neural network classifier and SVM are proposed for a pulse width modulation voltage source inverter. They are used to detect and identify the transistor open-circuit fault. BP neural network (BPNN) is capable of recognition. However, it has shortcomings obviously. These are just advantages of SVM, which has ability of global search. As an alternative to ANN, SVM can offer higher detection efficiency and reliability. Index Terms -neural network;SVM; fault diagnosis
Figure 1. PWM voltage fed inverter
II. BACKGROUND In the past two decades, the techniques of neural network have grown mature as a data-driven method which provides a new perspective to fault diagnosis. There are basically two ways to approach the analytical fault detection problem. That is the model-based approach and the data-based approach. The latter bypasses the step of obtaining a mathematical mode and deals directly with the data. This is more appealing when the process being monitored is unknown to be linear or when this is too complicated to be extracted from the data [3]. Therefore the purpose of using ANN is the realization of nonlinear functions which can estimate a suitable output from any inputs after training with a sample dataset. SVM has its roots in statically learning theory and has shown promising empirical results in many practical applications, from handwritten digit recognition to text categorization. A linear SVM is a classifier that searches for a hyper plane with the largest margin, which is why it is often known as a maximal margin classifier. Advantages of SVM:
400 300 200 100 0 -100 -200 -300
Short-circuit fault and open faults are vulnerable in power electronic circuits, and this article only SCR fault diagnosis are discussed. The output voltage of the same or similar shape, but different timeline between the corresponding waveform fault states are divided into the same class. the normal state as a special kind of failure to consider the time, and only two SCR faults are considered, failure can be divided into 5 categories, 22 Class. The first category: free-fault. The second category is single fault, which includes: T1, T2, T3, T4, T5, and T6.
Copyright © 2010 MECS
I.J. Information Engineering and Electronic Business, 2010, 1, 23-29
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Comparison of Two Methods Basing on Artificial Neural Network and SVM in Fault Diagnosis
Chunming Li College of Information Engineering Inner Mongolia University of Technology, Hohhot, China chunming@ Huiling Li College of Electric Power Inner Mongolia University of Technology, Hohhot, China 499578001@
(1) Good at high dimensional problems (2) Up to global optimum. Not like the other rule based classifiers and neural network who employ greedy-based strategy to search the hypothesis space. Such methods tend to find only locally optimum solution. III. SYSTEM SIMULATION MATLAB is used to simulate the inverter for training and test the proposed scheme. All kinds of open-fault of transistor can be identified by it.
t(s)
(c)
Figure 2. Simulation of three-phase SPWM convertor Figure 4. Transistor T1 open-circuit fault
The first open-fault of transistor T1 is introduced and features will be extracted from its voltage waveforms. Fig.2 and Fig.3 respectively display the voltage waveforms of T1 when it is free fault and happens to open-fault.
200
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t(s)
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300
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Uca(V)
100
0
-100
-200 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
I.J. Information Engineering and Electronic Business, 2010, 1, 23-29
Published Online November 2010 in MECS (/)
Comparison of Two Methods Basing on Artificial Neural Network and SVM in Fault Diagnosis
I. INTRODUCTION In a power system, power electronics particularly subject to constant stress of over-current surge and voltage swings because they normally operate in an environment requiring rapid speed variations, frequent stop and constant overloads. Although protection devices such as snubber circuits are commonly used, switching devices are physically small thermally fragile. Moreover, even a small electrical disturbance can cause thermal rating to be exceeded, resulting in rapid destruction of the device [1]. In many expensive, high-power systems, multi-converter integrated automation systems and safety critical systems, any unusual performance may lead to sudden system failure [2]. So fault diagnosis for those power electronics is necessary. This letter presents a diagnosis method for a pulse width modulation (PWM) voltage source inverter shown in Fig.1. Two methods basing on artificial neural network classifier and SVM are proposed to detect and identify the transistor open-circuit fault. The structure of BPNN is simple and it is capable of recognition. However, it has several shortcomings obviously. Namely: low convergence rate, local minimum, and complicity of hidden layers. The rest of the paper is organized as follows: Firstly, background on the ANN and SVM is introduced in this article. Next, system simulation is presented. Then, two methods basing on neural network and SVM are proposed to detect SPWM inverter. Finally the conclusions and comparison are shown.
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