遺傳模糊算法在短期負(fù)荷預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

　　圖2所示的結(jié)構(gòu)為小系統(tǒng)i的輸入輸出關(guān)系。模糊關(guān)系用Mamdani最小規(guī)則定義，合成算法使用“∧－∨”運(yùn)算準(zhǔn)則，解模糊轉(zhuǎn)換采用重心法（亦稱為加權(quán)平均法）。輸入變量X的選取一般考慮的因素為：日期類型、天氣狀況(氣溫、降雨量、濕度和風(fēng)速等)、負(fù)荷近期變化趨勢(shì)等一些因素。根據(jù)區(qū)域性和季節(jié)性對(duì)負(fù)荷變化影響的差異，不同的系統(tǒng)可以選取不同的輸入量。通過(guò)研究預(yù)測(cè)地區(qū)的負(fù)荷特性在近幾年的變化情況，本文選取輸入量X有三(即圖2中的n=3)：X1為周日期類型；X2為預(yù)測(cè)日時(shí)刻T的氣溫；X3為近期負(fù)荷變化趨勢(shì)。具體的定義見(jiàn)2.1節(jié)。
2.1系統(tǒng)輸入量及其隸屬函數(shù)的選取
　　輸入量X1為預(yù)測(cè)日的日期類型。根據(jù)負(fù)荷的周循環(huán)特性，模糊詞集定義為T（A1）={周一，周二，周三，周四，周五，周六，周日}。顯然，該詞集中的各元素之間不存在模糊關(guān)系。為適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)運(yùn)行，需要將其按照模糊數(shù)學(xué)形式處理，即定義

　　這一變量的隸屬函數(shù)參數(shù)實(shí)際上已經(jīng)確定，因此不參與隨后的遺傳算法的尋優(yōu)過(guò)程。
　　輸入量X2為預(yù)測(cè)日T時(shí)刻的氣溫預(yù)報(bào)。該變量為影響負(fù)荷預(yù)測(cè)的主要因素，且與負(fù)荷變化成非線性關(guān)系，按照隸屬函數(shù)的選取原則[7]，將模糊詞集劃分為T(A2)={NB(負(fù)大),NS(負(fù)小),ZE(中),PS(正小),PB(正大)}，經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)，本文對(duì)上述的詞集依次選取梯形(偏小型)，三角形、梯形（偏大型）三種形式。

　　如圖3所示，溫度隸屬函數(shù)中所需調(diào)節(jié)的參數(shù)為a1、b1、a2、b2、a3、b3、a4、b4、a5、b5等十個(gè)參數(shù)。每個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)范圍是[Umin，Umax]。值得注意的是，論域UT=[Tmin,Tmax]的選取可按照季節(jié)的不同進(jìn)行設(shè)定，以期提高預(yù)測(cè)的精確度。
　　輸入量X3為預(yù)測(cè)日前三周相應(yīng)日0時(shí)刻負(fù)荷量的加權(quán)平均值。它反映了負(fù)荷的近期變化趨勢(shì)。結(jié)合文獻(xiàn)[6]中的平均值求法，給出如公式（4）:
　
　　其中α＋β＋γ＝1，α≥β≥γ。該量代表過(guò)去3周同類型日同一時(shí)刻T的負(fù)荷的加權(quán)平均值。如果過(guò)去3周同類型日中的某一天正好是節(jié)日，則取再前一周的數(shù)據(jù)，并根據(jù)α、β、γ的調(diào)節(jié)確定近期與遠(yuǎn)期歷史數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前的影響。這一輸入中包含負(fù)荷的動(dòng)態(tài)信息和近期的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性是至關(guān)重要的。
　　其隸屬函數(shù)的確定方式與輸入量X2相似，但因該變量與預(yù)測(cè)負(fù)荷基本成線性關(guān)系，因此選取的隸屬函數(shù)個(gè)數(shù)較少，選定三個(gè)模糊詞，即T(A3)={NB(低),ZE(中),PB(高)}。
　　同理，輸出量Y分為4檔，設(shè)定模糊詞集T(B)={NB(負(fù)大),NS(負(fù)小),PS(正小) ,PB(正大)}。
2.2 推理規(guī)則的選取
　　 推理規(guī)則由一系列多維多重模糊條件語(yǔ)句組成，本文中輸入量有三個(gè)，因此是三維多重模糊條件語(yǔ)句，其基本形式為“IFx1 is Ali and x2 is A2j and x3 is A3k THEN y=Bm”。其中i、j、k分別為各輸入量的隸屬函數(shù)個(gè)數(shù)，m為輸出量隸屬函數(shù)的個(gè)數(shù)。由此可知本文系統(tǒng)可能的規(guī)則數(shù)為7×3×5＝105個(gè)，對(duì)105個(gè)模糊條件語(yǔ)句的確定實(shí)際上是對(duì)每一條語(yǔ)句選擇合適的Bm。

3 遺傳算法應(yīng)用中的問(wèn)題
　　編碼方式的優(yōu)劣決定了遺傳算法總體效果的優(yōu)劣，它直接影響著遺傳算法的搜索能力和保持種群穩(wěn)定性。如果編碼不適當(dāng)，會(huì)使得不可行解過(guò)多，搜索可行解困難重重，往往需要加上大量的前期或后期補(bǔ)救措施才能夠完成計(jì)算。因此，如何制定優(yōu)良的編碼策略是絕大部分遺傳算法問(wèn)題中的重要問(wèn)題。對(duì)幾種編碼進(jìn)行分析比較后，本系統(tǒng)選用二進(jìn)制編碼方式，每三位基因串表示隸屬函數(shù)的一個(gè)參數(shù)；使用兩位基因表示每條推理?xiàng)l件句的推理結(jié)果，然后將兩個(gè)基因串連接起來(lái)，形成表征模糊邏輯系統(tǒng)的染色體。
　　對(duì)于表示隸屬函數(shù)的基因串部分，假設(shè)某一參數(shù)ai(或者bi)的取值范圍是[Umin，Umax]，用一l位數(shù)來(lái)表示，其關(guān)系表示如下： u=Umin+(n/(2t-1))(Umax-Umin)。本文中l(wèi)=3。正如第二節(jié)中所述，該系統(tǒng)輸入量X2有5個(gè)隸屬函數(shù)，輸入量X3共有3隸屬函數(shù)，輸出量Y為4個(gè)隸屬函數(shù)，每個(gè)隸屬函數(shù)的待定參數(shù)為兩個(gè)，于是基因串共長(zhǎng)72位，形如下式：