[发明专利]一种居民用电安全分析中应用孤立森林算法发现异常数据的方法在审

专利信息
申请号: 202010602460.7 申请日: 2020-06-29
公开(公告)号: CN111767951A 公开(公告)日: 2020-10-13
发明(设计)人: 周浩;胡炳谦;顾一峰;韩俊 申请(专利权)人: 上海积成能源科技有限公司
主分类号: G06K9/62 分类号: G06K9/62;G06N20/00;G06Q50/06
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 200439 上*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 居民 用电 安全 分析 应用 孤立 森林 算法 发现 异常 数据 方法
【权利要求书】:

1.本发明一种居民用电安全分析中应用孤立森林算法发现异常数据的方法其特征在于,包括:

步骤一、数据预处理:对采集到的原始历史电力负荷历史数据按时间序列排列,确定数据集起止时间,标记数据时间戳及用电居民序号;

步骤二、孤立森林算法剔除异常值:将经过步骤一预处理的历史电力负荷数据标注时间戳,居民序号后输入孤立森林算法模型;

首先对数据进行单棵树的训练:

1)从训练数据中随机选择 n个点作为子样本,放入一棵孤立树的根节点;

2)随机指定一个维度,在当前节点数据范围内,随机产生一个切割点 p —— 切割点产生于当前节点数据中指定维度的最大值与最小值之间;

3).此切割点的选取生成了一个超平面,将当前节点数据空间切分为2个子空间:把当前所选维度下小于 p 的点放在当前节点的左分支,把大于等于 p 的点放在当前节点的右分支;

在节点的左分支和右分支节点递归步骤 2)、3),不断构造新的叶子节点,直到叶子节点上只有一个数据(无法再继续切割) 或树已经生长到了所设定的高度;

图2所示为对子样本进行切割训练的过程,左图的Xi处于密度较高的区域,因此切割了十几次才被分到了单独的子空间,而右图的Xo落在边缘分布较稀疏的区域,只经历了四次切分就被 “孤立” 了;

在对孤立树分别进行计算后再整合全部孤立树的结果,由于切割过程是完全随机的,所以需要用 集合的方法来使结果收敛,即反复从头开始切,然后计算每次切分结果的平均值;

在获得 t 个孤立树后,单棵树的训练就结束了,接下来就可以用生成的孤立树来评估测试数据了,即计算异常分数 s,对于每个样本 x,需要对其综合计算每棵树的结果,通过下面的公式计算异常得分:

h(x) 为 x 在每棵树的高度,c(Ψ) 为给定样本数 Ψ 时路径长度的平均值,用来对样本 x 的路径长度 h(x) 进行标准化处理;对计算的异常得分进行分析: 如果异常得分接近 1,那么一定是异常点;如果异常得分远小于 0.5,那么一定不是异常点;如果异常得分所有点的得分都在 0.5 左右,那么样本中很可能不存在异常点;对历史负荷数据的每个数据点的异常得分进行统计,通过设定不同的阈值,收紧或放松异常值剔除条件,按预想的效果剔除异常值;被剔除的异常值按时间戳,居民序号被标记并输入至下一 步骤补充缺失值;

步骤三、异常居民用电时间戳标记:将通过孤立森林算法被选出的异常用电负荷数据,按居民序号,时间戳一一对应,标记异常用电情况及定位用电居民。

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