1.一种云服务QoS深度学习预测模型的构建方法,其特征在于,所述构建方法包括以下步骤:S1:确定本模型的基本概念,基本概念为:多尺度特征、全局特征矩阵 局部特征矩阵G、个体特征矩阵和个体评价S2:根据确定的基本概念,提出QoS深度学习预测模型,模型分为三个工作阶段:预处理、特征提取和深度神经网络预测,预处理为对用户‑服务QoS原始矩阵进行非负矩阵分解,特征提取是通过对用户‑服务QoS原始矩阵使用非负矩阵分解,得到全局特征矩阵和个体特征矩阵,分别从中提取全局特征和个体特征,基于距离属性提取局部特征,深度神经网络预测通过设计MM‑DNN,处理特征并最终预测出缺失的QoS值;
S3:提出算法流程,算法流程包括多尺度特征提取和MM‑DNN学习;
S4:评估QoS深度学习预测模型的性能,在真实世界的QoS数据集WS‑DREAM进行实验,采用平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE作为评价预测结果的评价指标,设置试验参数后,在设置的参数范围中确定使模型性能最优的参数,并在VI‑F中使用最优参数对模型性能进行评估,分析不同的参数设置对本文模型预测准确度的影响,以确定模型的参数的最佳取值,进行了消融实验,比较模型的三种不同设置,分析MM‑DNN的网络结构和矩阵密度对时间消耗的影响,最后在四个不同矩阵密度5%、10%、15%、20%下,比较四种方法的MAE和RMSE;
所述S1中的多尺度特征包括全局特征、局部特征和个体特征;
所述全局特征矩阵是对用户‑服务QoS原始矩阵Q进行非负矩阵分解后拟合得到的矩阵,从该矩阵中提取全局特征;
所述局部特征矩阵是由全局特征矩阵 中提取出的相似用户对相似云服务的拟合QoS值构成的矩阵,从该矩阵中得到局部特征;
所述个体特征矩阵包括用户个体特征U和云服务个体特征矩阵S;
所述个体评价 用来描述用户对云服务的评价,来自全局特征矩阵 中用户i对云服务j的拟合QoS值,对模型每个阶段的特征进行修正;
所述S2中全局特征提取为从全局特征矩阵 中提取用户i对所有云服务的评价 和T所有用户对服务j的评价(USj)作为全局特征,全局特征 记为:
式(4)中, 为归并操作,将两个向量连接在一起;
所述S2中局部特征提取先进行基于距离的用户相似度和云服务相似度计算,用户b,v之间的距离dbv计算如式(5)所示:式(5)中,γb,θb∈(‑180,180],分别表示用户b的纬度和经度,r为地球半径,dbv小表示两个用户地理位置靠近,拥有更相似的QoS值,cxy为云服务x和y之间的距离相似度;
然后对距离进行排序,根据距离选出相似用户和相似服务,拟合QoS值,构成局部特征矩阵G,并将其转换成一维向量,作为局部特征 如式(6)所示;
式(6)中, 为形状变换函数,实现将矩阵转换成向量,提取出用户u1、u3对于云服务s4、s5的拟合QoS值,生成局部特征矩阵G,将生成的局部特征矩阵G转换成一维向量作为局部特征;
所述S2中个体特征提取为从用户个体特征矩阵U中提取用户i的特征向量Ui作为用户个体特征,从服务个体特征矩阵S中提取云服务j的特征向量Sj作为服务个体特征,个体特征表示为:其中, 为归并操作,实现将两个向量连接在一起;
所述S2中深度神经网络预测结构分为四个阶段:
阶段1有一个归并层和L个全连接层,输入全局特征,经过一层全连接层之后在归并层中归并个体评价对特征进行修正,再通过全连接层进一步提取其中的与局部特征大小相同的信息,该阶段的前馈过程表示为:式(8)中,y0为MM‑DNN的输入,yk为第k个全连接层的输出,αk和βk分别表示第k个全连接层的权重和偏置, 为激活函数ReLU,如式(9)所示:阶段2有两个归并层和M个全连接层,在一层归并层中归并局部特征,经过一层全连接层之后在归并层中归并个体评价,再馈入全连接层,过程如式(10)所示:阶段3有两个归并层和Z个全连接层,在一层归并层中连接个体特征,经过一层全连接层之后在归并层中归并个体评价,再经过全连接层进行学习,过程如式(11)所示:前三个阶段都使用BN和Dropout;
阶段4有一个归并层和一个全连接层,在归并层中连接个体评价 通过一层全连接层进一步学习从而修正结果,输出QoS预测值,如式(12)所示:参数训练过程中采用平均绝对误差MAE作为损失函数,如式(13)所示:式(13)中,pij为QoS深度学习预测模型得出的用户i对云服务j的QoS预测值,N为需要预测的QoS值的个数;
优化网络中的参数,采用梯度下降法来进行模型训练,使损失最小化,如式(14)所示:式(14)中,λ为迭代过程中控制梯度下降快慢的学习率,k∈{1,2,…,L+M+Z},初始值α1和β1通过产生随机数方式得到。
2.根据权利要求1所述的一种云服务QoS深度学习预测模型的构建方法,其特征在于,所述S2中预处理是对用户‑服务QoS原始矩阵Q进行非负矩阵分解,得到用户的非负个体特征矩阵 和服务的非负个体特征矩阵 U的每一列Ui代表用户i的l维个体特征向量,S中的每一列Sj代表服务j的l维个体特征向量;
对Q进行非负矩阵分解,使U、S内积接近Q,如式(1)所示:
式(1)中,为通过U、S拟合出的全局特征矩阵;
从用户‑服务QoS原始矩阵Q中获得QoS值并进行学习后得到U和S,使用用户‑服务QoS原始矩阵和全局特征矩阵之间误差的平方作为损失函数,如式(2)所示:利用乘法更新规则来最小化式(2)中的损失函数,如式(3)所示:
式(3)中,uki为用户个体特征矩阵中用户i的第k个特征,skj为服务个体特征矩阵中服务j的第k个特征。
3.根据权利要求1所述的一种云服务QoS深度学习预测模型的构建方法,其特征在于,所述S3中多尺度特征提取为算法1,MM‑DNN学习为算法2,算法1获得全局特征、局部特征、个体特征,将这三种特征作为算法2的输入,并在MM‑DNN进行分阶段特征融合,最后算法2返回用户对云服务的QoS预测值。
4.根据权利要求1所述的一种云服务QoS深度学习预测模型的构建方法,其特征在于,所述S4中采用平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE作为评价预测结果的评价指标,如式(15)(16)所示:式(15)中,MAE为误差绝对值的平均值,表示预测值与真实值之间的平均距离;
式(16)中,RMSE是预测值与真实值之间偏差的平方和均值的平方根。
5.一种云服务QoS深度学习预测模型的构建系统,其特征在于,所述云服务QoS深度学习预测模型的构建系统存储在计算机可读存储器内,所述存储器被配置用于运行所述云服务QoS深度学习预测模型的构建系统,执行权利要求1至4任一项所述的云服务QoS深度学习预测模型的构建方法。