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求解支持向量机的若干优化算法的研究

求解支持向量机的若干优化算法的研究

作者：侯伟真山东科技大学

学位级别：硕士

支持向量机是一种新的机器学习方法，近年来取得了长足的发展，并已广泛应用于手写数字识别、人脸识别、文本分类、回归预测、时间序列分析等领域。设计实现该学习方法的有效优化算法是该领域学者研究的重点。本文首先分别对支持向量分... 详细信息

支持向量机是一种新的机器学习方法，近年来取得了长足的发展，并已广泛应用于手写数字识别、人脸识别、文本分类、回归预测、时间序列分析等领域。设计实现该学习方法的有效优化算法是该领域学者研究的重点。本文首先分别对支持向量分类机和支持向量回归机的模型参数选择进行了研究，分析了高斯核函数和相关参数对支持向量机分类和回归效果以及推广能力的影响，引入了利用网格搜索法配合k-折交叉验证的模型参数选择搜索算法，在理论分析的基础上进行了数值实验，取得了较好的效果。增量学习一直是近年来研究的热点之一，它的优点在于，学习过程中能自动舍弃无用的样本，减小训练集，节约存储成本。经典或标准的SVM算法并直接不具有增量学习的能力，但其理论体系中的支持向量概念对于增量学习算法的构建具有十分重要的意义。基于改进的SOR-SVM算法求解SVM分类问题的快速有效性，本文提出了适合改进的SOR-SVM的在线增量学习算法和成批增量学习算法，通过对KKT条件的分析和利用改进的SOR-SVM算法结构的特殊性，在算法的执行过程中新增样本后的求解过程利用了增量前原数据集已求得的结果进行更新，降低了计算量，提高了运行效率。数值实验表明新的增量学习算法是有效的。与分类问题类似，本文将改进的SOR-SVR算法推广到了增量学习上，提出了基于改进的SOR-SVR的在线增量算法和成批增量算法，通过对KKT条件的分析和利用改进的SOR-SVR算法结构的特殊性，在算法的执行过程中新增样本后的求解过程利用了增量前原数据集已求得的结果进行更新，降低了计算量，提高了运行效率。数值实验表明新的增量学习算法是有效的。遗传算法是一种借鉴自然界生物自然选择和自然遗传机制的高度并行、随机及自适应的优化搜索算法，该算法有良好的鲁棒性。本文提出了一种新的支持向量回归机算法，即基于遗传算法的支持向量回归机算法(GA-SVR)，该算法不同于传统的二次规划方法。数值实验表明基于GA的回归算法是有效的。

关键词：支持向量机支持向量回归机模型参数选择 SOR算法增量学习分类回归遗传算法

利用HJ-1 CCD高分辨率传感器反演灰霾气溶胶光学厚度

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遥感学报 2013年第4期17卷 959-969页

作者：张玉环李正强侯伟真许华中国科学院遥感与数字地球研究所国家环境保护卫星遥感重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

霾已成为目前中国城市地区主要的空气污染现象,且近年来呈多发趋势。卫星遥感是获取大范围观测数据的必要手段,可对大气灰霾污染的分布区域及强度进行快速监测,弥补传统监测手段的不足。中国发射的环境小卫星(HJ-1)由于其高空间分辨率... 详细信息

霾已成为目前中国城市地区主要的空气污染现象,且近年来呈多发趋势。卫星遥感是获取大范围观测数据的必要手段,可对大气灰霾污染的分布区域及强度进行快速监测,弥补传统监测手段的不足。中国发射的环境小卫星(HJ-1)由于其高空间分辨率、较高的时间分辨率和宽覆盖等特点,在环境监测方面可发挥重要作用。本文在假设短时间内地表反射率稳定的基础上,用HJ-1 CCD影像蓝绿两个波段数据反演2013年1月北京市区灰霾天气的气溶胶光学厚度,对环境小卫星在灰霾天气的应用情况进行评价,并分析了高分辨率卫星遥感在灰霾监测中的可行性及优势。

关键词：高分辨率气溶胶光学厚度北京霾 HJ-1 CCD

卫星遥感中不同偏振量对气溶胶反演的影响分析

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光谱学与光谱分析 2021年第7期41卷 2212-2218页

作者：郑逢勋朱家乙侯伟真李正强河南科技大学农业装备工程学院河南洛阳471003 中国兵器工业集团江苏北方湖光光电有限公司江苏无锡214035 中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室北京100101

偏振探测是提高气溶胶卫星遥感能力的重要途径。作为目前全球重要的偏振数据源,我国高分五号卫星搭载的多角度偏振探测仪(DPC)能够测量不同的偏振量,包括Stokes矢量偏振分量、偏振辐亮度(L_(p))和线偏振度(DOLP)。各偏振量所包含的有效... 详细信息

偏振探测是提高气溶胶卫星遥感能力的重要途径。作为目前全球重要的偏振数据源,我国高分五号卫星搭载的多角度偏振探测仪(DPC)能够测量不同的偏振量,包括Stokes矢量偏振分量、偏振辐亮度(L_(p))和线偏振度(DOLP)。各偏振量所包含的有效信息和测量误差不同,进而影响气溶胶参数的反演精度。针对此,在最优估计反演框架下,利用信号自由度(DFS)和后验误差定量化分析了各偏振量对气溶胶参数反演的影响,为后续DPC气溶胶算法开发提供参考。研究结果表明:Stokes矢量包含的信息量最高,其次是线偏振度和偏振辐亮度,相应的气溶胶总DFS分别为7.5,6.1和5.2;采用不包含偏振方向信息的L_(p)反演时,复折射指数虚部和粒子谱有效方差的信息量比采用Stokes矢量和DOLP反演时显著下降,表明这两个参数对偏振方向和测量误差敏感,增加偏振方向信息和降低测量误差能够有效提高这两个参数的可反演性;偏振方向的探测对提高气溶胶遥感能力有重要价值,采用L_(p)和DOLP反演时,气溶胶各参数的后验误差比采用Stokes矢量反演分别增加67.6%和65.5%,其中细模态体积柱浓度和粒子谱有效半径受到的影响最大;在全部气溶胶参数中,复折射指数实部后验误差最小,虚部的反演不确定性最大。总体来说,细模态气溶胶的三个参数(体积柱浓度、复折射指数实部和粒子谱分布有效半径)在三种偏振量反演情况下平均DFS均大于0.85,能够较好的通过DPC观测反演得到,而粗模态气溶胶反演与气溶胶类型有关,参数反演不确定性较大。

关键词：高分五号偏振遥感气溶胶信息量分析最优估计反演

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支持向量机的增量学习和减量学习

哈尔滨工程大学学报 2006年第B7期27卷 415-421页

作者：段华侯伟真贺国平廉文娟上海交通大学数学系上海200240 山东科技大学信息学院山东青岛266510

分别介绍了支持向量机的增量学习和减量学习的两种训练方法，即在线递归训练法和最小二乘支持向量机．递归法只能处理在线（每次只处理一个样本）增量学习或减量学习，而最小二乘法即可处理在线又可处理成批增量学习或减量学习．递归法... 详细信息

分别介绍了支持向量机的增量学习和减量学习的两种训练方法，即在线递归训练法和最小二乘支持向量机．递归法只能处理在线（每次只处理一个样本）增量学习或减量学习，而最小二乘法即可处理在线又可处理成批增量学习或减量学习．递归法得到的解是精确的但是以时间为代价的，最小二乘法花费的时间少，但得到的解不如递归法的精确．并通过标准模式分类库中数据集进行数值试验比较．

关键词：支持向量机增量学习减量学习最小二乘法

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气溶胶细粒子比偏振遥感最优化反演方法研究

遥感学报 2022年第12期26卷 2497-2506页

作者：郑逢勋李正强侯伟真董晓刚周志远河南科技大学农业装备工程学院洛阳471003 中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室北京100094 北京环境特性研究所光学辐射重点实验室北京100854

针对PM2.5遥感模型对气溶胶细粒子比FMF(Fine mode fraction)参数的需求,结合多光谱偏振传感器对大气探测的优势,基于最优估计OE(Optimal Estimation)反演框架,提出了一种基于线偏振度(Degree of Linear Polarization)测量的FMF最优化... 详细信息

针对PM2.5遥感模型对气溶胶细粒子比FMF(Fine mode fraction)参数的需求,结合多光谱偏振传感器对大气探测的优势,基于最优估计OE(Optimal Estimation)反演框架,提出了一种基于线偏振度(Degree of Linear Polarization)测量的FMF最优化反演方法。采用矢量化的辐射传输模式UNL-VRTM进行地基天空光的线偏振度观测模拟,分析了线偏振度对FMF参数的波段敏感性,并基于仿真数据开展了算法的反演测试。研究结果表明:偏振测量在长波近红外波段对FMF的敏感性高于可见光波段;基于OE框架的FMF反演算法具有良好的闭合性;在地基天顶观测模式下,引入线偏振度测量参与反演能够有效提高FMF的反演精度,FMF反演误差从1.4%下降到了0.18%。最优化反演方法对于气溶胶遥感具有一定的潜力和可行性,有望成为提高PM2.5遥感监测能力的新途径。

关键词：遥感线偏振度气溶胶细粒子比最优估计反演

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高分多模卫星大气校正总体设计与在轨验证

遥感学报 2022年第5期26卷 1039-1050页

作者：余婧杨文涛李正强侯伟真裘桢炜李雨廷葛邦宇中国空间技术研究院遥感卫星总体部北京100094 中国科学院空天信息创新研究院遥感卫星应用国家工程实验室北京100101 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所合肥230031

高分多模卫星搭载中国首台民用大气同步校正仪,可以对同平台的高分辨率相机观测区域进行时间同步、视场覆盖的大气参数测量,实现对高分辨率图像的大气校正。文章论述了高分多模卫星大气同步校正的总体设计思路,并给出了时空同步、多谱... 详细信息

高分多模卫星搭载中国首台民用大气同步校正仪,可以对同平台的高分辨率相机观测区域进行时间同步、视场覆盖的大气参数测量,实现对高分辨率图像的大气校正。文章论述了高分多模卫星大气同步校正的总体设计思路,并给出了时空同步、多谱段、多偏振通道探测体制的设计方案和地面验证结果。高分多模卫星入轨以后,对大气同步校正仪的大气参数反演效果和高分辨率图像的校正效果进行了分析,结果表明利用大气同步校正仪测量数据对大气气溶胶光学厚度(AOD)和大气水汽含量(CWV)的反演结果可信,对高分辨率图像有较好的大气校正效果。

关键词：遥感大气校正总体设计在轨验证偏振气溶胶光学厚度大气水汽含量

结合地基激光雷达和太阳辐射计的气溶胶垂直分布观测

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遥感学报 2013年第4期17卷 1008-1020页

作者：吕阳李正强尹鹏飞许华李凯涛张婉春侯伟真中国科学院遥感与数字地球研究所国家环境保护卫星遥感重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 中国人民解放军61741部队北京100094

选取2013年1月灰霾天气和2月晴好天进行气溶胶垂直分布的雷达观测研究,并对不同高度气溶胶消光系数进行对比分析。结果显示在研究时间段内,晴好天时气溶胶的垂直分布不均匀,易出现垂直分层现象,而灰霾天时气溶胶主要集中在垂直高度1km以... 详细信息

选取2013年1月灰霾天气和2月晴好天进行气溶胶垂直分布的雷达观测研究,并对不同高度气溶胶消光系数进行对比分析。结果显示在研究时间段内,晴好天时气溶胶的垂直分布不均匀,易出现垂直分层现象,而灰霾天时气溶胶主要集中在垂直高度1km以下,基本无分层现象。对比分析显示,严重灰霾天时气溶胶消光系数较大,在离地400m高度可达到中度污染天的5倍,晴好天的50倍。此外,整层大气的气溶胶光学厚度AOD与离地400m处消光系数具有较好的相关性。

关键词：激光雷达太阳辐射计气溶胶消光系数廓线灰霾

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利用环境一号卫星监测北京地区雾霾

遥感学报 2013年第A2期17卷 476-477,479页

作者：许华张玉环侯伟真吕阳李莉顾行发李正强中国科学院遥感与数字地球研究所北京100101

1引言目前雾霾监测的主要手段是利用PM2．5在线测量，获得观测点处的空气污染状况，然而对于面区域以及大气环境中雾霾产生、发展和消散过程的3维立体监测能力有限，卫星遥感能够有效弥补其关键环节，提供面覆盖的观测能力。卫星遥感通... 详细信息

1引言目前雾霾监测的主要手段是利用PM2．5在线测量，获得观测点处的空气污染状况，然而对于面区域以及大气环境中雾霾产生、发展和消散过程的3维立体监测能力有限，卫星遥感能够有效弥补其关键环节，提供面覆盖的观测能力。卫星遥感通常能够获得整层大气颗粒物（气溶胶）的参数，例如气溶胶光学厚度（AOD）表征大气柱中气溶胶颗粒物整体消光能力。卫星遥感能够实现在不破坏大气颗粒物自然状态的情况下，快速、自动获得大范围内气溶胶颗粒物空间区域分布。

关键词：卫星监测大气环境北京地区利用气溶胶光学厚度大气颗粒物霾卫星遥感

动态气溶胶模型的PARASOL多角度偏振卫星气溶胶光学厚度反演算法

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遥感学报 2015年第1期19卷 25-33页

作者：陈澄李正强侯伟真李东辉张玉环中国科学院遥感与数字地球研究所国家环境保护卫星遥感重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

在卫星气溶胶反演中,如何确定研究区域的气溶胶模型直接影响目前大多数卫星遥感算法的气溶胶光学厚度反演精度。本文基于气溶胶自动观测网(AERONET)典型类型的动态气溶胶模型,提出了一种基于动态气溶胶模型的气溶胶光学厚度反演算法,并... 详细信息

在卫星气溶胶反演中,如何确定研究区域的气溶胶模型直接影响目前大多数卫星遥感算法的气溶胶光学厚度反演精度。本文基于气溶胶自动观测网(AERONET)典型类型的动态气溶胶模型,提出了一种基于动态气溶胶模型的气溶胶光学厚度反演算法,并将其运用到PARASOL(Polarization and Anisotropy of Reflectance for Atmospheric Science coupled with Observations from Lidar)卫星的反演中。针对华北地区2012年的PARASOL卫星观测数据,应用动态气溶胶模型反演算法反演气溶胶光学厚度,并与地面观测站点进行对比验证,结果显示通过气溶胶模型选取与反演结果的迭代约束,在865 nm反演的气溶胶光学厚度与地基观测的相关程度(R2)达到0.71,均方根误差(RMSE)为0.15,与PARASOL气溶胶产品相比一定程度提高了反演结果的精度。

关键词： AERONET 动态气溶胶模型多角度偏振气溶胶反演