第三届泰迪杯全国大学生数据挖掘竞赛.PDF

第三届“泰迪杯” 全国大学生数据挖掘竞赛 优 秀 作 品 作品名称：城市供水处理混凝投药过程的建模与控制 荣获奖项：二等奖 作品单位：湖北工程学院 作品成员：贾园园 万爽 裴幸智 指导教师：张学新 泰迪杯大学生数据挖掘竞赛论文报告 基于 BP 神经网络的最佳投药量预测 摘 要： 混凝投药通过投加混凝剂除去原水中的杂质及其他有害物质，是城市供水过程中的 重要环节之一，这一过程效果的好坏将直接影响后续处理工艺及出水水质的好坏。该过程具有影响 因素多、大滞后性和非线性等特征，实际控??难度较大。本文基于广州南沙水厂提供的 9397 个投药 控制数据，尝试构建一种基于 BP 神经网络混凝投药控制模型，来预测混凝剂的最佳投药量。 对于原数据集有缺失值情况，本文做基本预处理，用三次样条插值法对出水浊度进行插值估算， 并剔除 5 外的极端异常值，按照出水浊度小于 1.10NTU 的标准，筛选出投药合格的 6143 个数据， 以此作为样本数据。 针对第（1）问，本文运用平流沉淀理论，求得原水混凝沉淀到出水结束的滞后时间，约为 80 分钟，在实际范围 70min--120min 内。 针对第（2）问，本文以原水浊度、原水流速、原水 PH 值三个因素作为 BP 神经网络模型的输入 神经元参数，对混凝剂投加量的训练样本和测试样本进行分析，得到预测的最佳投药量； 针对第（3）问，在第二问之上，增加出水浊度做为输入参数再次建立 BP 神经网络模型，并与 第（2）问的模型进行比较。为了比较模型性能，我们又建立多元线性回归模型，找出四个变量与投 药量的回归方程，通过在训练样本与测试样本上的预测效果，对 BP 神经网络模型和多元回归模型进 行比较，分析绝对误差等指标，发现 BP 神经网络具有更强的非线性逼近能力，能够对投药量进行很 好的仿真和预测效果。 针对第（4）问，本文查找文献[8]，引入温度数据，验证文献[9]的理论模型，通过对数变换化 为线性模型，并对模型的整体显著性和温度系数的显著性作检验，但是最后结果表明系数的显著性 并不强，即温度对投药量的影响并不大，并从有关化学理论角度对此结果进行解释。 关键词： 混凝投药；平流沉淀理论；BP 神经网络；多元线性回归；最佳投药量 第 1 页 泰迪杯大学生数据挖掘竞赛论文报告 The optimal dosage prediction based on BP neural network Abstract: Coagulation Dosing remove impurities by adding coagulant