Short-term hydro-meteorological forecasting with extreme learning machines
Notice bibliographique
Résumé
In machine learning (ML), the extreme learning machine (ELM), a feedforward neural network model which assigns random weights in the single hidden layer and optimizes only the weights in the output layer, has the fully nonlinear modelling capability of the traditional artificial neural network (ANN) model but is solved via linear least squares, as in multiple linear regression (MLR). Chapter 2 evaluated ELM against MLR and three nonlinear ML methods (ANN, support vector regression and random forest) on nine environmental regression problems. ELM was then developed for short-term forecasting of hydro-meteorological variables. In situations where new data arrive continually, the need to make frequent model updates often renders ANN impractical. An online learning algorithm – the online sequential extreme learning machine (OSELM) – is automatically updated inexpensively as new data arrive. In Chapter 3, OSELM was applied to forecast daily streamflow at two small watersheds in British Columbia, Canada, at lead times of 1–3 days. Predictors used were weather forecast data generated by the NOAA Global Ensemble Forecasting System (GEFS), and local hydro-meteorological observations. OSELM forecasts were tested with daily, monthly or yearly model updates, with the nonlinear OSELM easily outperforming the benchmark, the online sequential MLR (OSMLR). A major limitation of OSELM is that the number of hidden nodes (HN), which controls the model complexity, remains the same as in the initial model, even when the arrival of new data renders the fixed number of HN sub-optimal. A new variable complexity online sequential extreme learning machine (VC-OSELM), proposed in Chapter 4, automatically adds or removes HN as online learning proceeds, so the model complexity self-adapts to the new data. For streamflow predictions at lead time of one day, VC-OSELM outperformed OSELM when the initial number of HN turned out to be smaller or larger than optimal. In summary, by using linear least squares instead of nonlinear optimization, ELM offers a major advantage over a traditional method like ANN. In situations where new data arrive continually, OSELM and VC-OSELM were shown in this thesis to be more useful than ANN and OSMLR.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».