在tensorflow实现用遗传算法和lstm对时序数据进行预测,输入训练集数据为一列的csv格式数据并指定绝对路径,训练集95%作为测试集,并将预测值和实际值画曲线显示。最后把loss和acc结果按epochs可视化
时间: 2024-03-11 12:47:12 浏览: 151
好的,这是一个比较复杂的问题,需要分几个步骤来实现。以下是实现步骤:
1. 加载数据
首先,需要使用pandas库读取csv文件,并将数据分为训练集和测试集,代码如下:
```python
import pandas as pd
from sklearn.model_selection import train_test_split
# 读取csv文件
data = pd.read_csv('/path/to/your/csv')
# 划分训练集和测试集
train_data, test_data = train_test_split(data, test_size=0.05, shuffle=False)
# 获取训练集和测试集的特征和标签
train_x, train_y = train_data.iloc[:, :-1].values, train_data.iloc[:, -1].values
test_x, test_y = test_data.iloc[:, :-1].values, test_data.iloc[:, -1].values
```
2. 定义模型
接下来,需要定义一个LSTM模型,代码如下:
```python
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras.layers import Input, LSTM, Dense
from tensorflow.keras.models import Model
# 定义模型
def lstm_model(input_shape):
inputs = Input(shape=input_shape)
x = LSTM(64)(inputs)
x = Dense(32, activation='relu')(x)
outputs = Dense(1)(x)
model = Model(inputs=inputs, outputs=outputs)
return model
```
该模型包含一个LSTM层和两个全连接层,其中LSTM层的输出作为后续全连接层的输入。
3. 定义遗传算法
为了使用遗传算法优化模型参数,需要定义一个遗传算法类。这里使用deap库来实现遗传算法,代码如下:
```python
import random
import numpy as np
from deap import base, creator, tools
# 定义遗传算法
class GeneticAlgorithm:
def __init__(self, model, train_x, train_y):
self.model = model
self.train_x = train_x
self.train_y = train_y
self.n_features = train_x.shape[1]
self.pop_size = 10
self.n_gen = 10
self.toolbox = base.Toolbox()
self.stats = tools.Statistics(lambda ind: ind.fitness.values)
self.logbook = tools.Logbook()
# 定义遗传算法的参数
self.toolbox.register('attr_float', lambda: random.uniform(-1, 1))
self.toolbox.register('individual', tools.initRepeat, creator.Individual, self.toolbox.attr_float, n=self.n_features)
self.toolbox.register('population', tools.initRepeat, list, self.toolbox.individual)
self.toolbox.register('evaluate', self.evaluate)
self.toolbox.register('mate', tools.cxTwoPoint)
self.toolbox.register('mutate', tools.mutGaussian, mu=0, sigma=0.2, indpb=0.1)
self.toolbox.register('select', tools.selTournament, tournsize=3)
# 定义适应度函数
creator.create('FitnessMax', base.Fitness, weights=(1.0,))
self.toolbox.register('evaluate', self.evaluate)
# 定义统计信息
self.stats.register('max', np.max)
self.stats.register('min', np.min)
self.stats.register('avg', np.mean)
# 计算适应度函数
def evaluate(self, individual):
# 将个体转换为模型参数
params = individual.reshape((1, -1))
self.model.set_weights(params)
# 训练模型
self.model.compile(optimizer='adam', loss='mse', metrics=['mae'])
self.model.fit(self.train_x, self.train_y, epochs=10, batch_size=32, verbose=0)
# 计算测试集上的误差
test_loss, test_acc = self.model.evaluate(test_x, test_y, verbose=0)
return test_acc,
# 运行遗传算法
def run(self):
pop = self.toolbox.population(n=self.pop_size)
for gen in range(self.n_gen):
offspring = [self.toolbox.clone(self.toolbox.select(pop)) for _ in range(self.pop_size)]
for child1, child2 in zip(offspring[::2], offspring[1::2]):
if random.random() < 0.5:
self.toolbox.mate(child1, child2)
del child1.fitness.values
del child2.fitness.values
for mutant in offspring:
if random.random() < 0.2:
self.toolbox.mutate(mutant)
del mutant.fitness.values
invalid_ind = [ind for ind in offspring if not ind.fitness.valid]
fitnesses = map(self.toolbox.evaluate, invalid_ind)
for ind, fit in zip(invalid_ind, fitnesses):
ind.fitness.values = fit
pop[:] = offspring
self.logbook.record(gen=gen, **self.stats.compile(pop))
print(self.logbook.stream)
```
该类包含一个初始化函数,用于设置遗传算法的参数和适应度函数;一个evaluate函数,用于计算个体的适应度值;以及一个run函数,用于运行遗传算法。
4. 运行遗传算法
现在可以运行遗传算法,来优化LSTM模型的参数。代码如下:
```python
# 定义模型
model = lstm_model(input_shape=(train_x.shape[1], 1))
# 初始化遗传算法
ga = GeneticAlgorithm(model, train_x.reshape((-1, train_x.shape[1], 1)), train_y)
# 运行遗传算法
ga.run()
# 得到最优个体
best_ind = ga.toolbox.select(ga.toolbox.population(), k=1)[0]
# 将个体转换为模型参数
best_params = best_ind.reshape((1, -1))
model.set_weights(best_params)
# 用测试集数据进行预测
pred_y = model.predict(test_x.reshape((-1, test_x.shape[1], 1)))
# 绘制预测值和实际值曲线
import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(test_y)
plt.plot(pred_y)
plt.legend(['Actual', 'Predict'])
plt.show()
```
该代码中,首先定义了一个LSTM模型,然后初始化一个遗传算法对象,并运行遗传算法进行参数优化。最后,得到最优个体,并将其转换为模型参数,用测试集数据进行预测,并绘制预测值和实际值曲线。
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