图卷积神经网络交通流量预测代码

时间: 2023-06-30 13:13:29 浏览: 139
以下是一个使用PyTorch实现的基于图卷积神经网络(GCN)的交通流量预测代码,可以用于预测城市中的道路网络上的交通流量情况: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F from torch.utils.data import DataLoader from torch.optim import Adam from torch.optim.lr_scheduler import StepLR from torch.utils.data import Dataset import numpy as np import pandas as pd import argparse from datetime import datetime from tqdm import tqdm # 参数解析 parser = argparse.ArgumentParser(description='GCN traffic flow prediction') parser.add_argument('--data_path', type=str, default='data/METR-LA', help='数据集路径') parser.add_argument('--device', type=str, default='cpu', help='cpu或gpu') parser.add_argument('--epochs', type=int, default=100, help='训练epochs') parser.add_argument('--lr', type=float, default=1e-3, help='学习率') parser.add_argument('--weight_decay', type=float, default=5e-4, help='权重衰减') parser.add_argument('--batch_size', type=int, default=64, help='batch 大小') parser.add_argument('--num_layers', type=int, default=1, help='GCN层数') parser.add_argument('--hidden_size', type=int, default=64, help='GCN隐藏层大小') parser.add_argument('--dropout', type=float, default=0.5, help='GCN中的dropout率') parser.add_argument('--print_every', type=int, default=10, help='每隔几个epoch打印一次') args = parser.parse_args() # 加载数据 class TrafficDataset(Dataset): def __init__(self, data_path): super().__init__() self.data_path = data_path self.adj_mx = np.load('{}/adj_mx.npy'.format(data_path)) self.features = np.load('{}/features.npy'.format(data_path)) self.labels = np.load('{}/labels.npy'.format(data_path)) def __getitem__(self, index): return self.adj_mx, self.features[index], self.labels[index] def __len__(self): return self.features.shape[0] # GCN模型定义 class GCN(nn.Module): def __init__(self, num_layers, hidden_size, input_size, dropout): super(GCN, self).__init__() self.num_layers = num_layers self.dropout = dropout self.gcn_layers = nn.ModuleList() for i in range(num_layers): if i == 0: self.gcn_layers.append(GCNLayer(input_size, hidden_size)) else: self.gcn_layers.append(GCNLayer(hidden_size, hidden_size)) def forward(self, adj_mx, x): for i in range(self.num_layers): x = self.gcn_layers[i](adj_mx, x) x = F.relu(x) x = F.dropout(x, self.dropout, training=self.training) return x class GCNLayer(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size): super(GCNLayer, self).__init__() self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.weight = nn.Parameter(torch.Tensor(input_size, hidden_size)) self.bias = nn.Parameter(torch.Tensor(hidden_size)) self.reset_parameters() def reset_parameters(self): stdv = 1.0 / np.sqrt(self.hidden_size) self.weight.data.uniform_(-stdv, stdv) self.bias.data.uniform_(-stdv, stdv) def forward(self, adj_mx, x): support = torch.mm(x, self.weight) # (batch_size, hidden_size) output = torch.spmm(adj_mx, support) # (num_nodes, hidden_size) output = output + self.bias return output # 训练函数 def train(model, device, train_loader, optimizer, epoch): model.train() train_loss = 0 for i, (adj_mx, features, labels) in enumerate(train_loader): adj_mx, features, labels = adj_mx.to(device), features.to(device), labels.to(device) optimizer.zero_grad() output = model(adj_mx, features) loss = F.mse_loss(output, labels) loss.backward() optimizer.step() train_loss += loss.item() train_loss /= (i + 1) if epoch % args.print_every == 0: print('Epoch: {}, Train Loss: {:.4f}'.format(epoch, train_loss)) # 测试函数 def test(model, device, test_loader): model.eval() test_loss = 0 with torch.no_grad(): for i, (adj_mx, features, labels) in enumerate(test_loader): adj_mx, features, labels = adj_mx.to(device), features.to(device), labels.to(device) output = model(adj_mx, features) loss = F.mse_loss(output, labels) test_loss += loss.item() test_loss /= (i + 1) print('Test Loss: {:.4f}'.format(test_loss)) # 主函数 def main(): # 加载数据 dataset = TrafficDataset(args.data_path) train_size = int(len(dataset) * 0.8) test_size = len(dataset) - train_size train_dataset, test_dataset = torch.utils.data.random_split(dataset, [train_size, test_size]) train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=args.batch_size, shuffle=True) test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=args.batch_size, shuffle=True) # 模型定义 adj_mx = dataset.adj_mx input_size = dataset.features.shape[1] model = GCN(args.num_layers, args.hidden_size, input_size, args.dropout).to(args.device) # 优化器定义 optimizer = Adam(model.parameters(), lr=args.lr, weight_decay=args.weight_decay) scheduler = StepLR(optimizer, step_size=20, gamma=0.5) # 训练和测试 for epoch in range(1, args.epochs + 1): train(model, args.device, train_loader, optimizer, epoch) test(model, args.device, test_loader) scheduler.step() if __name__ == '__main__': main() ``` 需要注意的是,该代码中使用了一个包含了METR-LA数据集的数据集,如果需要使用其他数据集进行预测,则需要修改数据集加载的部分。此外,该代码中使用的是均方误差作为损失函数,如果需要使用其他损失函数,则需要修改相应的部分。
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