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在工业故障诊断、医疗影像识别、客户标签分类等机器学习任务中,宽度学习系统(Broad Learning System,BLS)凭借其 “横向拓展、增量学习” 的结构优势,实现了比传统深度神经网络更高的训练效率。但原生 BLS 存在特征节点与增强节点参数难适配、易陷入经验参数陷阱、分类泛化能力不足的核心痛点,难以满足高精度分类场景的需求。差分进化算法(Differential Evolution,DE)作为一种高效的群智能全局优化算法,具备参数寻优维度广、收敛稳定性强的特性,将其与 BLS 结合形成 DE-BLS 组合模型,可通过 DE 的全局寻优优化 BLS 的关键结构与参数,实现分类精度与效率的双重提升。本文将从行业痛点、技术原理、实战流程、性能验证及落地适配五个维度,全面拆解 DE-BLS 分类方案的应用逻辑。

一、宽度学习分类的核心痛点与 DE-BLS 的破局逻辑

宽度学习系统以 “特征映射 + 增强节点” 的横向拓展结构替代深度神经网络的纵向堆叠,虽大幅提升了训练速度,但在分类任务中仍面临多重技术瓶颈:

  1. 参数人工依赖性强
  • 原生 BLS 的特征映射层权重、增强节点层参数多为随机生成或经验设定,无自适应优化机制,参数不合理会导致特征提取不充分,直接降低分类精度;
  • 特征节点数与增强节点数需人工调试,节点数过少易欠拟合,节点数过多则会引发过拟合且增加计算冗余。
  1. 泛化能力不足:随机生成的映射参数难以适配复杂数据集的分布特征,在小样本、高维分类任务中,原生 BLS 易出现 “训练精度高、测试精度低” 的泛化短板。
  1. 增量学习的参数适配难题:当新增训练样本时,原生 BLS 的增量节点参数无法动态优化,导致新增节点与原有网络的兼容性差,分类性能衰减明显。
  1. 抗噪性弱:面对含噪声的实际数据(如工业传感器监测数据、医疗影像噪点数据),原生 BLS 的随机参数无法有效过滤噪声干扰,分类鲁棒性不足。

传统优化 BLS 的方案(如粒子群优化 BLS)存在粒子早熟收敛、参数寻优维度有限的局限。而 DE-BLS 的核心破局逻辑是 **“差分进化全局参数寻优 + BLS 高效分类”**:利用 DE 算法在解空间内全局搜索 BLS 的最优特征映射权重、增强节点参数及节点数量,将寻得的最优参数赋予 BLS 构建分类模型,既解决 BLS 的参数经验依赖与泛化短板,又保留其高效训练的结构优势。

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