基于信息熵城市燃?xì)馊肇?fù)荷組合預(yù)測(cè)模型

1 概述

天然氣負(fù)荷預(yù)測(cè)

是利用天然氣歷史負(fù)荷運(yùn)行數(shù)據(jù)和相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)等，采用某種算法，建立一種適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)模型，通過(guò)預(yù)測(cè)模型對(duì)天然氣負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)的過(guò)程。由于城市燃?xì)庳?fù)荷具有時(shí)變性、隨機(jī)性、多樣性、非穩(wěn)態(tài)性，而且受到天氣、季節(jié)、節(jié)假日、重大事件等因素影響，燃?xì)庳?fù)荷準(zhǔn)確預(yù)測(cè)困難很大。

2 問(wèn)題及解決方案

燃?xì)庳?fù)荷由各種不同類(lèi)型用戶(hù)用氣負(fù)荷匯總，隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化。隨著時(shí)間推移，選擇單一模型不一定適用于負(fù)荷預(yù)測(cè)，而且數(shù)學(xué)建模都是基于一種理想抽象穩(wěn)定的假設(shè)，用單一的數(shù)學(xué)模型很難反映負(fù)荷發(fā)展的自然規(guī)律。如果只是簡(jiǎn)單地將預(yù)測(cè)誤差較大的模型舍棄，將很可能丟棄一些有用的模型。各類(lèi)預(yù)測(cè)算法都有弊端，在某些方面容易出現(xiàn)誤差突然增大，造成算法的最大誤差比較大，影響預(yù)測(cè)效果。針對(duì)這一問(wèn)題，組合預(yù)測(cè)

是綜合考慮各種預(yù)測(cè)方法的有用信息而建立的一種預(yù)測(cè)方法，它的主要特點(diǎn)是：首先運(yùn)用各種單一模型得出預(yù)測(cè)結(jié)果，然后在預(yù)測(cè)結(jié)果上綜合判斷，給每個(gè)預(yù)測(cè)模型賦予不同的加權(quán)系數(shù)，得到一個(gè)效果更好的綜合模型，達(dá)到降低預(yù)測(cè)相對(duì)誤差、提高預(yù)測(cè)穩(wěn)定性的效果。

2018年3月21日，《深化黨和國(guó)家機(jī)構(gòu)改革方案》全文對(duì)外公布。此前，方案中涉及國(guó)務(wù)院機(jī)構(gòu)改革的內(nèi)容已由全國(guó)人大審議通過(guò)，《中共中央關(guān)于深化黨和國(guó)家機(jī)構(gòu)改革的決定》也已公布。

3 組合預(yù)測(cè)模型建模流程

本文所述組合預(yù)測(cè)模型基于信息熵理論

，信息熵是Shannon信息論中的重要概念，是把熵作為一個(gè)隨機(jī)事件的“不確定性”或信息量的量度。信息量是信息論的中心概念，是信息論度量信息的基本出發(fā)點(diǎn)，是把獲得的信息看作用以消除不確定性的因素。因此信息量的多少，可以用被消除的不確定性的大小來(lái)表示，而隨機(jī)事件不確定性的大小可以用其概率分布來(lái)描述。

本文以北方某重點(diǎn)城市作為分析目標(biāo)，研究該城市日負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。該城市天然氣發(fā)展處于快速發(fā)展階段末期，信息熵組合預(yù)測(cè)算法主要思路是首先分析該城市日負(fù)荷預(yù)測(cè)的影響因素，提取建模要素即因變量，后采用單個(gè)算法建模，計(jì)算各個(gè)模型的預(yù)測(cè)誤差，以誤差為參數(shù)計(jì)算各個(gè)模型的信息熵，通過(guò)信息熵確定組合預(yù)測(cè)模型中各個(gè)模型的加權(quán)系數(shù)，單個(gè)模型的預(yù)測(cè)均勻性越強(qiáng)，加權(quán)系數(shù)越大。根據(jù)加權(quán)系數(shù)得到組合預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)值。具體步驟如下。

（1）氣藏中并不存在氣水截然分開(kāi)的界面，而是有一個(gè)氣水飽和度漸變的過(guò)渡帶。氣水過(guò)渡帶在垂向上用氣水同層頂?shù)酌婧０未股畋硎?，在平面上用氣水?nèi)外邊界線(xiàn)作圖深度表示。

第

種預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差的熵計(jì)算如下：

通過(guò)相關(guān)系數(shù)法研究得出該城市日用氣量的影響因素主要有前日用氣量、當(dāng)日氣象參數(shù)(溫度、風(fēng)速)以及是否周末、是否重大節(jié)假日、特殊事件等。

第四步計(jì)算各圖書(shū)館四大標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)。標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)=(x-μ)/σ(其中x=第二步中人均率，μ=平均人均率，σ為標(biāo)準(zhǔn)差)。

阿Q平生最大的遺憾，不是沒(méi)王胡身上虱子多、沒(méi)打過(guò)小D、沒(méi)和吳媽困覺(jué)，也不是挨過(guò)假洋鬼子一哭喪棒，而是在判決書(shū)上那個(gè)圓圈沒(méi)畫(huà)圓。迅翁說(shuō)得詳細(xì)：“阿Q伏下去，使盡了平生的力氣畫(huà)圓圈。他生怕被人笑話(huà)，立志要畫(huà)得圓，但這可惡的筆不但很沉重，并且不聽(tīng)話(huà)，剛剛一抖一抖的幾乎要合縫，卻又向外一聳，畫(huà)成瓜子模樣了。”

本文搜集了2018、2019年2 a的730組歷史數(shù)據(jù)(包含當(dāng)日平均溫度

、前一日最低溫度

、前兩日最低溫度

、前一日用氣量

、當(dāng)日風(fēng)速級(jí)別

、日期類(lèi)型

)，單個(gè)建模算法分別為L(zhǎng)asso算法

、線(xiàn)性回歸

、MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

、XGBoost算法

。采用sklearn模塊中train_test_split將建模數(shù)據(jù)劃分成訓(xùn)練集、測(cè)試集，分別占70%、30%，實(shí)現(xiàn)工具為python機(jī)器學(xué)習(xí)sklearn包中Lasso、LinearRegression、neuralNetwork、XGBoost對(duì)象，創(chuàng)建模型對(duì)象，用訓(xùn)練集擬合模型，用測(cè)試集評(píng)估模型。

各模型建好后，預(yù)測(cè)2018年11月15日至19日的天然氣日用氣量，各模型均輸入當(dāng)日平均溫度

、前一日最低溫度

、前兩日最低溫度

、前一日用氣量

、當(dāng)日風(fēng)速級(jí)別

、日期類(lèi)型

，得出日用氣量各模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際值，見(jiàn)表1。

文科記憶性的學(xué)習(xí)內(nèi)容較多，陳老師不愿浪費(fèi)每一分鐘。從陳老師家里到學(xué)校有六、七里地的路程，他充分利用上學(xué)放學(xué)路上的時(shí)間背誦的知識(shí)要點(diǎn)，一刻也不停歇。上高中時(shí)陳老師的課外讀物很少，看到好的語(yǔ)句他就會(huì)立即積累下來(lái)，時(shí)不時(shí)地拿出來(lái)翻閱、背誦。最終他以?xún)?yōu)異的成績(jī)考上了漢中師范學(xué)院。正所謂“吃得苦中苦，方為人上人”。

② 各模型加權(quán)系數(shù)計(jì)算

a.計(jì)算各模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差

存在

種預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)了

天的日用氣量。記第

種預(yù)測(cè)模型第

日的預(yù)測(cè)值為

,p

,實(shí)際值為

,a

。記預(yù)測(cè)相對(duì)誤差絕對(duì)值為

，

=1,2,…,

；

=1,2,…,

。計(jì)算式為：

(1)

b.歸一化處理

將各預(yù)測(cè)模型第

日預(yù)測(cè)相對(duì)誤差絕對(duì)值進(jìn)行歸一化，見(jiàn)式(2)：

(2)

,p

——第

種預(yù)測(cè)模型第

日的預(yù)測(cè)值，m

Study on the application of antimicrobial system in paraben-free cosmetics 8 14

① 各模型分別預(yù)測(cè)

(3)

式中

——第

種預(yù)測(cè)模型第

日預(yù)測(cè)相對(duì)誤差絕對(duì)值

經(jīng)過(guò)之前幾個(gè)部分的研究發(fā)現(xiàn)，盡管庫(kù)倫摩擦模型所展示后峰值階段并不具有太多實(shí)際意義，但是應(yīng)用該模型來(lái)模擬前峰值階段和峰值階段還是合理和有意義的。于是，在接下來(lái)的研究中，采用了幾種不同的直根模型，來(lái)研究幾何方面的變化會(huì)對(duì)直根的抗拔強(qiáng)度有何影響[4]。

本文對(duì)風(fēng)速進(jìn)行量化，引入風(fēng)速級(jí)別變量

，每日風(fēng)速級(jí)別對(duì)應(yīng)相應(yīng)

。對(duì)日期類(lèi)型引入啞變量

，當(dāng)日

為0表示法定工作日，

為1表示平常周末，

為2表示五一、國(guó)慶及春節(jié)長(zhǎng)假?？紤]到建筑物的熱惰性，預(yù)測(cè)日前幾日的溫度對(duì)當(dāng)日用氣量有影響，因此增加了前1日、前2日最低溫度，溫度變量分別為當(dāng)日平均溫度

、前一日最低溫度

、前兩日最低溫度

。預(yù)測(cè)模型輸出為當(dāng)日天然氣用氣量。

(4)

加權(quán)系數(shù)滿(mǎn)足：

(5)

③ 組合預(yù)測(cè)模型

腫頭龍的頭部前低后高，嘴巴前端有角質(zhì)喙。腫頭龍的頭頂高高隆起，光滑而厚重，是有效的防衛(wèi)武器，腫頭龍的名字正是來(lái)源于此。頭頂?shù)乃闹芎颓安块L(zhǎng)有瘤質(zhì)突起，有些突起還很尖利，也能起到一定的防衛(wèi)作用。

組合預(yù)測(cè)第

日的預(yù)測(cè)值為:

各預(yù)測(cè)模型的加權(quán)系數(shù)計(jì)算如下：

(6)

d.各預(yù)測(cè)模型的加權(quán)系數(shù)

c.第

種預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差的熵

,a

——第

日的實(shí)際值，m

——第

種預(yù)測(cè)模型第

日的歸一化后的預(yù)測(cè)相對(duì)誤差絕對(duì)值

——第

種預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差的熵

——第

種預(yù)測(cè)模型的加權(quán)系數(shù)

——組合預(yù)測(cè)模型第

日的預(yù)測(cè)值，m

4 預(yù)測(cè)結(jié)果

采用信息熵法算法確定預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差的熵及加權(quán)系數(shù)見(jiàn)表2。熵越大，模型穩(wěn)定性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)越大。組合預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。各預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差絕對(duì)值見(jiàn)表4。分析表4數(shù)據(jù)可知，組合預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差絕對(duì)值的平均值為5.23%，與其他預(yù)測(cè)模型相比，預(yù)測(cè)精度明顯提高。

5 結(jié)語(yǔ)

① 城市燃?xì)庳?fù)荷具有時(shí)變性、隨機(jī)性、多樣性和非穩(wěn)態(tài)性，不可能做到完全準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，在某些時(shí)間點(diǎn)可能出現(xiàn)較大的相對(duì)誤差，基于信息熵的組合預(yù)測(cè)模型能有效降低預(yù)測(cè)相對(duì)誤差，提高預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性。

② 組合預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)相對(duì)誤差絕對(duì)值的平均值為5.23%，與單種預(yù)測(cè)模型相比，預(yù)測(cè)精度明顯提高。

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