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专利号: 2020116422314
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
更新日期:2024-12-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于LSTM‑ACO模型预测云服务器资源性能的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,收集云服务器的资源和性能数据;

步骤2,获取云服务器资源和性能序列数据,所述资源和性能序列数据包括:CPU空闲率、可用内存、平均负载和响应时间;

步骤3,对步骤2获取得的序列数据进行预处理操作;

步骤4,使用步骤3得到的数据构建LSTM模型,并利用该模型获得LSTM模型对步骤3所得数据的预测值;

步骤5,利用蚁群算法对步骤4得到的LSTM模型来进行参数优化,构建LSTM‑ACO模型;

步骤6,使用步骤5得到的LSTM‑ACO模型预测步骤3得到的数据并与步骤4得到的数据对比;

步骤7,利用LSTM‑ACO模型的预测值和现有的序列数据对未来数据进行预测;

所述步骤4中,构建LSTM模型的方法是:

构建模型包括输入层、隐藏层、输出层、网络训练以及网络预测5个功能模块;输入层负责对原始响应时间序列进行初步处理以满足网络输入要求,隐藏层采用LSTM细胞搭建单层循环神经网络,输出层提供预测结果网络,网络预测采用迭代的方法逐点预测;

所述步骤5中,利用蚁群算法优化LSTM模型的具体方法是:

1)随机产生一个有多个个体的蚂蚁种群;

2)初始化参数:蚂蚁规模M、最大迭代次数Nmax、初次迭代次数N=1、信息素重要程度因子α、启发函数重要程度因子β、信息素挥发因子ρ、信息素挥发总量Q、信息素量τij(t)=C;

3)待优化的参数总数设置为m,将其组成一个集合Pi,1≤i≤m,每个参数随机获取一个非零值,组成另一个集合SPi;

4)m只蚂蚁随机放在r个顶点上,启动全部蚂蚁,蚂蚁k,k=1,2,…,M;随机的从SPi中获取一组参数值,按照公式(1)蚁群路径选择概率公式,选择集合中的下一组参数值,直到每一只蚂蚁完全获取一组参数值,概率公式如下公式(1):其中τj(SPi)为集合SPi中某j组权阈值组合的信息素浓度;

5)将k,k=1,2,…,M;只蚂蚁获取的值作为LSTM参数,对样本进行训练,得出实际输出与期望输出的误差值σ,其中σ=|Outputa-Outpute|,Outputa为实际输出,Outpute为期望输出;设置期望误差ξ,找出不大于期望误差的输出误差集合σi,1≤i≤M,并找到最小误差,其对应的蚂蚁获取的权值阈值即是最优或者较优解;

6)当迭代次数或者输出误差不满足时,在完成一次循环后需要更新信息素,公式如下:其中 表示次循环中第k只蚂蚁在集合SPi中,第j个元素在路径上释放的信息素浓度; 表示所有蚂蚁在集合SPi中第j个元素在路径上释放的信息素浓度;

7)当迭代次数或者输出误差不满足要求,重复上述操作。

2.根据权利要求1所述的基于LSTM‑ACO模型预测云服务器资源性能的方法,其特征在于,所述步骤3中,对序列数据采用归一化处理方法进行预处理,将原始序列数据映射到[0,

1],具体方法是:

计算得序列数据的最大值和最小值,分别记为Xmax和Xmin;

使用序列数据中的每个数据减去Xmin再除以Xmax‑Xmin。

3.根据权利要求1所述的基于LSTM‑ACO模型预测云服务器资源性能的方法,其特征在于,所述构建LSTM模型的具体步骤为:首先在输入层中,定义已经归一化后的原始响应时间序列为Fo={f1,f2,…,fn},则划分的训练集和测试集可以表示为Ftr={f1,f2,…,fs}和Fte={fs+1,fs+2,…,fn},满足约束条件s

接下来,将X输入隐藏层,隐藏层包含L个按前后时刻连接的同构LSTM细胞,X经过隐藏层后的输出可以表示为 Pp=LSTMforward(Xp,Cp‑1,Hp‑1),式中Cp‑1和Hp‑1分别为前一个LSTM细胞的状态和输出;LSTMforward表示LSTM向前细胞计算方法;设定细胞状态向量大小为Sstate,则Cp‑1和Hp‑1两个向量的大小均为Sstate;可以看出隐藏层输出 模型输入X和理论输出 都是维度为(s-L,L)的二维数组;选用均方误差作为误差计算公式,训练过程的损失函数可以定义为: 设

定损失函数最小为优化目标,不断更新网络权重,进而得到最终的隐藏层网络。

4.根据权利要求1所述的基于LSTM‑ACO模型预测云服务器资源性能的方法,其特征在于,所述LSTM模型包括输入层、隐藏层和输出层,其中将步骤3所得到的序列数据和步骤4中LSTM模型的预测结果作为输入层的输入,所述输出层为LSTM‑ACO模型的预测结果;所述隐藏层使用tanh作为激活函数。