中国石油大学学报(自然科学版)2024,Vol.48Issue(4) :190-197.DOI:10.3969/j.issn.1673-5005.2024.04.021

基于关键特征排序的可解释碳排放预测模型

Interpretable carbon emission prediction model based on key feature ranking

张向阳 刘树仁 刘宝亮 李长春 付占宝
中国石油大学学报(自然科学版)2024,Vol.48Issue(4) :190-197.DOI:10.3969/j.issn.1673-5005.2024.04.021

基于关键特征排序的可解释碳排放预测模型

Interpretable carbon emission prediction model based on key feature ranking

张向阳 1刘树仁 2刘宝亮 3李长春 2付占宝2
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作者信息

  • 1. 中国石油勘探开发研究院西北分院计算机技术研究所,甘肃兰州 730020;中国石油天然气集团有限公司物联网重点实验室,甘肃兰州 730020;东北石油大学机械工程学院,黑龙江大庆 163318
  • 2. 中国石油勘探开发研究院西北分院计算机技术研究所,甘肃兰州 730020;中国石油天然气集团有限公司物联网重点实验室,甘肃兰州 730020
  • 3. 菏泽市妇幼保健院,山东菏泽 274000
  • 折叠

摘要

提出基于关键特征排序的可解释碳排放预测模型(EEMD-LSTM-ATT),选取人口总数、城镇化率、第一产业国内生产总值、第二产业国内生产总值、第三产业国内生产总值与进出口贸易总额这6 个变量,以非线性预测能力强的长短时记忆网络为基线模型,采用注意力机制提取影响因素与时间属性的权重信息.结果表明:该模型一方面能够抑制模态混叠的产生,减少数据非线性对于模型预测带来的影响;另一方面能够解释不同时间属性与不同影响因素对于碳排放的重要性程度,使得预测结果具备可解释性;将影响因素与时间属性的权重信息加入模型的训练过程能够促进碳排放影响因素与模型预测有机结合;本文方法可实现高精度碳排放预测,均方根误差为 3.772,平均绝对误差为 3.416,拟合优度为 0.880.

Abstract

An interpretable carbon emission prediction model(EEMD-LSTM-ATT)based on the key feature ranking was proposed,where six variables were selected,i.e.the total population,the urbanization rate,the primary industry GDP,the secondary industry GDP,the tertiary industry GDP,and the total import/export trade.Using the long and short-term memory network,which has a strongly nonlinear prediction ability,as the baseline model,innovatively adopts the attention mecha-nism to extract the influencing factors and the total amount of trade.The attention mechanism was used to extract the weight information of the influencing factors and time attributes.The results show that,on one hand,the model can inhibit the gen-eration of modal overlap and reduce the influence of data nonlinearity on the model prediction;on the other hand,it can ex-plain the importance of different time attributes and different influencing factors on the carbon emission,which makes the pre-diction results interpretable.In addition,the weighting information of influencing factors and time attributes is added to the training process of the model,which can promote the organic combination of carbon emission influencing factors and model prediction.The method of this paper can achieve a high-precision carbon emission prediction,with the RMSE being 3.772,the RMAE being 3.416,and the R2 being 0.880.

关键词

集合经验模态分解/长短期记忆模型/注意力机制/预测模型

Key words

ensemble empirical mode decomposition/long and short-term memory model/attention mechanism/prediction model

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基金项目

国家自然科学基金面上项目(52374067)

出版年

2024
中国石油大学学报(自然科学版)
中国石油大学

中国石油大学学报(自然科学版)

CSTPCD北大核心
影响因子:1.169
ISSN:1673-5005
参考文献量4
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