Mejorando la Robustez de la Máquina de Aprendizaje Extremo a través de un Pesado Dinámico Consciente de la Varianza Residual y la Optimización de Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno: Aplicación a la Predicción del Flujo de Multitudes en el Metro
Autores: Wang, Lihui; Xie, Jianguang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Mejorando la Robustez de la Máquina de Aprendizaje Extremo a través de un Pesado Dinámico Consciente de la Varianza Residual y la Optimización de Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno: Aplicación a la Predicción del Flujo de Multitudes en el Metro
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Robustez
Máquina de aprendizaje extremo
BFGS-URWELM
Ponderación residual
Optimización cuasi-Newton
Precisión de predicción
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Apuntando al problema de robustez de la máquina de aprendizaje extremo (ELM) en escenarios de datos ruidosos y no uniformes, este artículo propone un algoritmo mejorado (BFGS-URWELM) que integra el ponderado de residuos uniforme y la optimización cuasi-Newton de Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (BFGS). Este método introduce un mecanismo de ponderación de muestras basado en la varianza residual objetivo, ajusta dinámicamente la importancia de las muestras de entrenamiento y corrige iterativamente los pesos de entrada y los sesgos del ELM en combinación con la estrategia de optimización BFGS, mejorando efectivamente la precisión de predicción y la estabilidad del modelo. El experimento se basa en los datos de flujo de pasajeros de 80 estaciones de metro y compara algoritmos de aprendizaje automático tradicionales, métodos de aprendizaje en conjunto y modelos variantes de ELM. Los resultados muestran que BFGS-URWELM logra 28.34, 0.3071 y 19.76 en los indicadores RMSE, MAPE y MAE, respectivamente, que son un 19.9-33.5% más altos que el ELM base. Además, la distribución residual está más concentrada cerca del valor cero, y la bondad de ajuste se mejora a 0.96. El algoritmo reduce significativamente el error de predicción bajo datos de alta ruido y proporciona una solución altamente robusta para tareas de predicción de flujo de tráfico.
Descripción
Apuntando al problema de robustez de la máquina de aprendizaje extremo (ELM) en escenarios de datos ruidosos y no uniformes, este artículo propone un algoritmo mejorado (BFGS-URWELM) que integra el ponderado de residuos uniforme y la optimización cuasi-Newton de Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (BFGS). Este método introduce un mecanismo de ponderación de muestras basado en la varianza residual objetivo, ajusta dinámicamente la importancia de las muestras de entrenamiento y corrige iterativamente los pesos de entrada y los sesgos del ELM en combinación con la estrategia de optimización BFGS, mejorando efectivamente la precisión de predicción y la estabilidad del modelo. El experimento se basa en los datos de flujo de pasajeros de 80 estaciones de metro y compara algoritmos de aprendizaje automático tradicionales, métodos de aprendizaje en conjunto y modelos variantes de ELM. Los resultados muestran que BFGS-URWELM logra 28.34, 0.3071 y 19.76 en los indicadores RMSE, MAPE y MAE, respectivamente, que son un 19.9-33.5% más altos que el ELM base. Además, la distribución residual está más concentrada cerca del valor cero, y la bondad de ajuste se mejora a 0.96. El algoritmo reduce significativamente el error de predicción bajo datos de alta ruido y proporciona una solución altamente robusta para tareas de predicción de flujo de tráfico.