[发明专利]一种基于动态径向基函数神经网络的油田产量预测方法

权利要求书

1.一种基于动态径向基函数神经网络的油田产量预测方法其特征在于，主要包括以下步骤：

A.获取数据

根据油田实际情况，确定影响油田产量因素指标，获取历史数据集并将其划分为训练数据集和检测数据集；

B.归一化处理

对历史数据集进行归一化处理，归一化方法可以采用离差标准化方法，使不同量纲的数据转化为统一的处理格式，转换函数如下：

x*=x-xminxmax-xmin]]>   (公式1)

其中x_max为样本数据的最大值，x_min为样本数据的最小值；

C.预测模型的建立及训练

RBF神经网络中，设K是隐含层神经元数,x(x₁,…,x_m)是输入向量,α_k是第k个隐含层神经元与输出层神经元的联结权值,φ_k是第k个隐含层神经元的输出，因此RBF神经网络的输出可描述为：

y=Σk=1Kαkφk(x)]]>   (公式2)

(1)给定一个隐含层神经元为任意自然数的RBF神经网络进行训练，设定训练的次数；

(2)计算每一个隐含层神经元输出值，由公式(1)可得到第k个隐含层神经元的输出为：

φk(x)=e-||x-μk||σk2]]>   (公式3)

(3)对每一个神经元输出进行敏感度分析,计算其对输出的贡献值，隐含层神经元的输出加权值作为敏感度法的输入量,利用下式计算隐含层神经元输出对神经网络对输出所做的贡献：

Sh=varh[E(y|Zh=αhφh(x))]var(y)]]>   (公式4)

其中，Z＝[Z₁,Z₂,...,Z_k]是敏感度法的输入向量，y是神经网络输出量，y与Z的关系可表示为y＝f(Z₁,Z₂,...,Z_k)，var_h[E(y|Z_h＝α_hφ_h(x))]是Z_h等于α_hφ_h(x)时对y方差的影响，var(y)是y的方差，S_h是α_hφ_h对输出y的一阶灵敏度表示,对S_h进行归一化处理：

STh=ShΣi=1KSi]]>   (公式5)

(4)选取ε值并根据隐含层神经元输出贡献值调整神经网络结构，ε的值一般小于目标误差值，对于贡献值最大且大于ε₁的隐含层神经元进行分裂,对于贡献值小于ε₂的隐含层神经元进行删除，这里ε₁>ε₂，最终实现调整神经网络结构,定义误差目标函数为(N为训练样本数)：

E=12NΣj=1Nej2]]>   (公式6)

(5)根据目标误差函数，利用梯度下降算法来调整神经网络的隐含层神经元的输出权值、中心值和函数宽度：

ai(t+1)=ai(t)-η1STi∂E∂ai(t)]]>   (公式7)

μi(t+1)=μi(t)-η2STi∂E∂μi(t)]]>   (公式8)

σi(t+1)=σi(t)-η3STi∂E∂σi(t)]]>   (公式9)

其中，η₁,η₂,η₃为参数学习步长；

(6)达到期望误差或计算步骤时停止计算；

D.残差修正

在建立的神经网络模型的基础上，对训练样本的预测值与实际产量值对比，计算出误差序列，将误差序列作为一个马尔可夫过程，进行状态划分，以频率代替概率，计算误差状态的转移概率矩阵；

E.模型验证

运用检测数据集对模型进行检验，如果输出的预测值与实际对比值的误差达到了预期的期望，神经网络模型训练成功，可以利用模型对石油产量进行预测；反之，模型训练不成熟，需要重新进行训练；

F.石油产量预测

获取真实的预测基础数据，输入训练好的优化后的RBF神经网络中，RBF神经网络的输出即为油田产量的预测值。