基于WOA鲸鱼优化的XGBoost序列预测算法matlab仿真

1.算法运行效果图预览

(完整程序运行后无水印)

2.算法运行软件版本

matlab2024b

 

3.部分核心程序

（完整版代码包含详细中文注释和操作步骤视频）

 

`%最大迭代次数

paramters.maxiter           = 50;             

paramters.train_booster     ='gbtree'; 

paramters.objective         ='reg:linear';   

%最大深度    

paramters.depth_max         = round(X(1));   

%学习率

paramters.learn_rate        = X(2);  

%最小叶子    

paramters.min_child         = round(X(3));       

%采样

paramters.subsample         = X(4);       

paramters.colsample_bytree  = 1; 

paramters.num_parallel_tree = 1;   

      

%Xgboost训练

Nets            = func_Xgboost_train(Xtrain_norm, Ytrain_norm, paramters);

%预测

Pred_trainy     = func_Xgboost_test(Nets,Xtrain_norm);         

Pred_testy      = func_Xgboost_test(Nets,Xtest_norm);    

 

%反归一化        

Pred_trainy2    = Pred_trainy.*max(Ytrain)+Ym; 

Pred_testy2     = Pred_testy.*max(Ytrain)+Ym;         

    

      

figure;   

plot(Ytrain,'r')      

hold on 

plot(Pred_trainy2,'b')  

xlabel('NO.')

ylabel('时间序列预测结果')

title('XGBoost训练集效果')

legend('真实值','预测值')

grid on

 

figure;   

plot(Ytest,'r') 

hold on 

plot(Pred_testy2,'b')    

xlabel('NO.')

ylabel('时间序列预测结果')

title('XGBoost测试集效果')

legend('真实值','预测值')

grid on

 

 

rmse = mean((Pred_testy2(:)-Ytest(:)).^2);% 计算均方根误差

rmse

 

save R2.mat Pred_testy2 Ytest rmse`

 

4.算法理论概述

       序列预测在金融、气象、工业控制等领域具有广泛应用，其核心目标是通过历史数据推断未来趋势。传统的时间序列预测方法如 ARIMA、LSTM 等在处理非线性、高维数据时存在局限性。XGBoost（Extreme Gradient Boosting）作为一种高效的梯度提升框架，在结构化数据预测中表现优异，但其性能高度依赖超参数的选择。WOA具有较强的全局搜索能力，能够在复杂搜索空间中快速找到全局最优解。将WOA与XGBoost结合，可自动优化模型超参数，提升序列预测精度。

 

4.1 XGBoost算法原理

 

 

4.2 XGBoost优化

在XGBoost优化中，适应度函数通常选择验证集上的均方根误差（RMSE）。

 

XGBoost 的关键超参数包括：

 

学习率（learning_rate）

 

最大树深度（max_depth）

 

子样本比例（subsample）

 

列采样比例（colsample_bytree）

 

        基于woa的XGBoost序列预测算法通过粒子群优化自动搜索最优超参数，显著提高了预测精度。实验结果验证了该方法的有效性，为序列预测提供了一种高效的解决方案。未来可进一步研究多目标优化和并行计算以提升算法性能。