CN110824586B - 基于改进决策树算法的降水预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于改进决策树算法的降水预测方法，收集数年各地的气象数据，以及相应的降水等级数据；对所得到的气象数据进行归一化处理，得到相应的归一化数据集，对归一化数据集按比例进行划分为训练集与测试集；将训练集带入到改进后的决策树网络中进行训练，将测试集代入到训练完毕后的决策树模型中，检验训练结果，最后将待测数据输入到训练完毕后的决策树网络进行预测，输出结果，评定其降水等级；以决策树为核心，采用自变量平均影响值来进行选择，即根据属性对结果的影响大小来进行选择，选择影响程度最大的属性进行分枝，通过改进决策树算法进行训练，使得海量数据进行了充分的利用，提高了预测的准确率，减少误判和漏判问题的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据挖掘技术，特别涉及一种基于改进决策树算法的降水预测方法。
背景技术
随着社会经济发展以及人类本身对气象服务要求不断提升，气象领域的气象数据采集渠道日益丰富，数据规模不断增加，且其具有的空间属性、高维性、不稳定性，为研究传统气象预报模式增加巨大难度，尤其在研究各气象要素之间内部联系时，尤为乏力，从而导致获取到的大量气象资料并未有效利用，对于推动气象模式预报发展并未有实质性作用。天气***的内部相互影响条件错综复杂，对于大量的采集数据进行分析处理时，传统的气象研究模式无法发现其隐含的价值，而数据挖掘技术为研究大量气象数据提供了新途径，为气象领域中发现各属性联系发挥着重要作用，分类挖掘技术通过有监督的学习探索历史气象数据中潜在的规律，可以提高气象预报模式的准确率。
发明内容
本发明是针对由于数据规模不断增加，随之而来的高维性与不稳定性的问题，提出了一种基于改进决策树算法的降水预测方法，通过改进决策树算法进行训练，使得海量数据进行了充分的利用，提高了预测的准确率，减少误判和漏判问题的发生。
本发明的技术方案为：一种基于改进决策树算法的降水预测方法，具体包括如下步骤：
1)收集数年各地的气象数据，以及相应的降水等级数据；
2)对所得到的气象数据进行归一化处理，得到相应的归一化数据集，对归一化数据集按比例进行划分为训练集与测试集；
3)将训练集带入到改进后的决策树网络中进行训练，将测试集代入到训练完毕后的决策树模型中，检验训练结果，最后将待测数据输入到训练完毕后的决策树网络进行预测，输出结果，评定其降水等级；
所述改进后的决策树网络是将原决策树算法中采用信息熵来进行属性的选择，选择最大属性进行分枝，修改为采用自变量平均影响值来进行选择，即根据属性对结果的影响大小来进行选择，选择影响程度最大的属性进行分枝，改进步骤如下：
3.1)首先，将归一化后的所有训练集M带入到BP网络中进行训练，在BP网络训练终止后，将训练集M中每一自变量特征在其原值的基础上分别增加10％和减少10％构成两个新的训练样本M1和M2；
3.2)然后，将M1和M2分别作为仿真样本利用已建成的BP网络进行仿真，得到两个仿真结果A1和A2，求出A1和A2的差值，即为变动该自变量后对输出产生的影响变化值；
3.3)最后将影响变化值按观测例数平均得出该自变量对于BP网络输出的结果值，将其记为MIV值；
3.4)按照上面步骤依次算出各个自变量的MIV值，最后根据MIV绝对值的大小为各自变量排序，得到各自变量对BP网络输出影响相对重要性的位次表，从而判断出输入特征对于BP网络结果的影响程度，然后选择影响程度最大的属性进行分枝。
本发明的有益效果在于：本发明基于改进决策树算法的降水预测方法，方法以决策树为核心，通过改进决策树算法进行训练，提高了预测的准确率，减少误判和漏判问题的发生。
附图说明
图1为本发明基于改进决策树算法的降水预测方法流程图；
图2为本发明改进决策树算法的流程图。
具体实施方式
基于改进决策树算法的降水预测方法，如图1所示，包括步骤：
1、收集从2001-2011年各地的气象数据，以及相应的降水等级数据，将其进行整理从而得到包含各地的气象数据及相应的降水等级的数据集。
所收集的数据应包含有最大风速、极大风速、平均气压、日最高气压、日最低气压、平均相对湿度、最小相对湿度、蒸发量、平均气温、日最高气温、日最低气温、日照时数以及降水等级等属性特征。
2、对所得到的原始数据进行归一化处理，得到相应的归一化数据集。对归一化数据集按17：3比例进行划分为训练集与测试集。
归一化过程，采用[0,1]归一化，即将原始数据映射到[0,1]区间中。
3、将训练集带入到改进后的决策树网络中进行训练。将测试集代入到训练完毕后的决策树模型中，检验训练结果，最后将待测数据输入到训练完毕后的决策树网络进行预测，输出结果，评定其降水等级。
3.1、对决策树算法进行改进：
在ID3算法(ID3算法是一种贪心算法，用来构造决策树)中采用信息熵来进行属性的选择，其公式为：
在上式中，c表示数据样本所具有的属性个数，Pi表示在c个属性中第i个属性样本数所占的比例，在选择时选择E(s)最大的属性i来进行分枝。
3.2、现对其进行改进，为了改变原有的属性选择方式，用来改善原有的信息熵选择方式会导致在选择属性时偏向选择取值多的属性这一不足。在此我们采用自变量平均影响值来进行选择，即根据属性对结果的影响大小来进行选择，如图2所示，其步骤如下：
3.2.1、首先将归一化后的所有训练样本M带入到BP网络中进行训练，在BP网络训练终止后。将训练样本M中每一自变量特征在其原值的基础上分别增加10％和减少10％构成两个新的训练样本M1和M2。
3.2.2、将M1和M2分别作为仿真样本利用已建成的BP网络进行仿真，得到两个仿真结果A1和A2，求出A1和A2的差值，即为变动该自变量后对输出产生的影响变化值，最后将影响变化值按观测例数平均得出该自变量对于BP网络输出的结果值，我们将其记为MIV值。
3.2.3、按照上面步骤依次算出各个自变量的MIV值，最后根据MIV绝对值的大小为各自变量排序，得到各自变量对BP网络输出影响相对重要性的位次表，从而判断出输入特征对于BP网络结果的影响程度，然后选择影响程度最大的属性进行分枝。
Claims (1)
1.一种基于改进决策树算法的降水预测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)收集数年各地的气象数据，以及相应的降水等级数据；
2)对所得到的气象数据进行归一化处理，得到相应的归一化数据集，对归一化数据集按比例进行划分为训练集与测试集；归一化过程，采用[0,1]归一化，即将原始数据映射到[0,1]区间中；
3)将训练集带入到改进后的决策树网络中进行训练，将测试集代入到训练完毕后的决策树模型中，检验训练结果，最后将待测数据输入到训练完毕后的决策树网络进行预测，输出结果，评定其降水等级；
所述改进后的决策树网络是将原决策树算法中采用信息熵来进行属性的选择，选择最大属性进行分支，修改为采用自变量平均影响值来进行选择，即根据属性对结果的影响大小来进行选择，选择影响程度最大的属性进行分支，改进步骤如下：
3.1)首先，将归一化后的所有训练集M带入到BP网络中进行训练，在BP网络训练终止后，将训练集M中每一自变量特征在其原值的基础上分别增加10％和减少10％构成两个新的训练样本M1和M2；
3.2)然后，将M1和M2分别作为仿真样本，利用BP网络进行仿真，得到两个仿真结果A1和A2，求出A1和A2的差值，即为变动该自变量后对输出产生的影响变化值；
3.3)最后将影响变化值按观测例数平均得出该自变量对于BP网络输出的结果值，将其记为MIV值；
3.4)按照上面步骤依次算出各个自变量的MIV值，最后根据MIV绝对值的大小为各自变量排序，得到各自变量对BP网络输出影响相对重要性的位次表，从而判断出输入特征对于BP网络结果的影响程度，然后选择影响程度最大的属性进行分支。
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