[发明专利]基于数据驱动的酸性环境下地下结构寿命预测方法

权利要求书

1.一种基于数据驱动的酸性环境下地下结构寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)依据地下建筑结构所处实际酸性环境条件选取地下结构寿命的主要影响因素，再根据酸性环境中地下建筑结构寿命的不同影响因素，建立多影响因素的模拟样本数据库，样本数据库按照需求分为训练样本集和测试样本集；

(2)根据智能遗传规划的基本原理，确定需要优化的GP参数及多因素预测模型函数的构成形式；所述GP参数为交叉概率、子树变异的比例、子树爬升变异比例以及点突变比例，定义函数集为：

S＝{+，-，×，÷，ln，exp}

定义终止集为：

T＝F(x₀，x₁，x₂，x₃，x₄)，x₀为环境中硫酸盐浓度，x₁为衬砌混凝土水灰比，x₂为粉煤灰掺量，x₃为矿粉掺量，x₄为硅灰掺量；

适值函数的表达式为：

式中，F表示适值函数的函数值，Ti表示多因素训练样本中第i个样本数据中的寿命值，T表示遗传操作过程中针对多因素训练样本中第i个样本数据计算得到的输出寿命，n表示多因素训练样本中的样本数据个数；

(3)基于Python编制哈里斯-鹰优化遗传规划算法，以步骤(1)中的训练样本集的样本数据为驱动，采用HHO算法对步骤(2)中的GP参数进行优化；

(4)采用智能遗传规划算法根据优化的GP参数和多因素预测模型函数的构成形式输出多因素预测模型函数；所述多因素预测模型由函数集与终止集构成，多因素预测模型如下：

式中，x₀为环境中硫酸盐浓度，x₁为衬砌混凝土水灰比，x₂为粉煤灰掺量，x₃为矿粉掺量，x₄为硅灰掺量；

(5)将测试样本集输入到步骤(4)的多因素预测模型函数中验证模型预测的准确性。

2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的酸性环境下地下结构寿命预测方法，其特征在于，步骤(1)中依据地下建筑结构所处实际酸性环境条件选取地下结构寿命的主要影响因素，从选取的影响参数里集中确定多个对地下结构寿命有显著影响的因素，然后对选取的显著影响的因素进行正交试验设计以模拟工程数据，并根据杜应吉性理论寿命公式确定在这组环境影响因素作用之下的地下结构寿命真值，以环境影响因素的具体数据值与所对应的地下结构寿命值为基础，构建多影响因素的模拟样本数据库。

3.根据权利要求1所述的基于数据驱动的酸性环境下地下结构寿命预测方法，其特征在于，步骤(3)中，在哈里斯-鹰优化遗传规划算法输入训练样本集数据、哈里斯鹰的种群规模pop_size、优化代数epoch、待优化参数的个数n与上界ub、下界lb、遗传规划种群数量P与迭代次数N；将步骤(2)中适值函数F作为HHO-GP算法的适值函数；在每一维的上、下界内初始化种群内的每个个体的位置，初始化种群内每个个体的初始适值，并将适值最优的个体所对应位置设定为哈里斯鹰猎物的位置；开始初次迭代，根据哈里斯-鹰算法中的随机数r与猎物逃逸能量E的不同执行哈里斯鹰种群内个体的位置更新策略，由哈里斯-鹰优化遗传规划算法生成的每只哈里斯鹰个体，即表征每一组待优化参数的值；每一组待优化参数都将传入GP子程序中执行完整的遗传规划操作，并得到一个适值；计算本代哈里斯鹰种群内所有个体的适值，与猎物的适值比较；若优于猎物，猎物则替换为更优个体，并开始下一次迭代，直至迭代次数达到最大迭代次数为止。