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 13:47:12 浏览: 21
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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