基于pytorch框架对五十五列excel数据进行预处理,包括数据导入,数据标准化,数据集划分等,然后建立多尺度1DCNN神经网络进行训练和验证,并绘制ACC、loss曲线混淆矩阵

时间: 2024-05-07 14:21:02 浏览: 129
首先,需要安装以下依赖库: - pandas - numpy - sklearn - matplotlib - torch 然后,可以按照以下步骤进行预处理和建立多尺度1DCNN神经网络进行训练和验证,并绘制ACC、loss曲线混淆矩阵: 1. 数据导入 使用pandas库中的read_excel()函数读取excel文件中的数据,将其转换为DataFrame格式,如下所示: ``` python import pandas as pd data = pd.read_excel('data.xlsx') ``` 2. 数据标准化 将数据标准化可以提高模型的性能和训练速度。可以使用sklearn库中的StandardScaler进行标准化,如下所示: ``` python from sklearn.preprocessing import StandardScaler scaler = StandardScaler() data = scaler.fit_transform(data) ``` 3. 数据集划分 将数据集划分为训练集、验证集和测试集,可以使用sklearn库中的train_test_split()函数,如下所示: ``` python from sklearn.model_selection import train_test_split X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(data[:, :-1], data[:, -1], test_size=0.2, random_state=42) X_train, X_val, y_train, y_val = train_test_split(X_train, y_train, test_size=0.2, random_state=42) ``` 其中,X_train、X_val和X_test分别是训练集、验证集和测试集的特征数据,y_train、y_val和y_test分别是训练集、验证集和测试集的标签数据。 4. 建立多尺度1DCNN神经网络 建立多尺度1DCNN神经网络可以使用PyTorch框架,如下所示: ``` python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim class MultiScale1DCNN(nn.Module): def __init__(self): super(MultiScale1DCNN, self).__init__() self.conv1 = nn.Conv1d(in_channels=55, out_channels=32, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.pool1 = nn.MaxPool1d(kernel_size=2) self.conv2 = nn.Conv1d(in_channels=32, out_channels=64, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.pool2 = nn.MaxPool1d(kernel_size=2) self.conv3 = nn.Conv1d(in_channels=64, out_channels=128, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.pool3 = nn.MaxPool1d(kernel_size=2) self.fc1 = nn.Linear(in_features=128*6, out_features=256) self.fc2 = nn.Linear(in_features=256, out_features=1) self.dropout = nn.Dropout(p=0.5) def forward(self, x): x1 = self.pool1(torch.relu(self.conv1(x))) x2 = self.pool2(torch.relu(self.conv2(x1))) x3 = self.pool3(torch.relu(self.conv3(x2))) x4 = x3.view(-1, 128*6) x5 = self.dropout(torch.relu(self.fc1(x4))) x6 = torch.sigmoid(self.fc2(x5)) return x6 model = MultiScale1DCNN() ``` 其中,MultiScale1DCNN是一个继承自nn.Module的类,用于定义多尺度1DCNN神经网络的结构。该网络包括三个卷积层和两个全连接层,其中每个卷积层后面都接一个最大池化层,每个全连接层后面都接一个dropout层,最后一个全连接层的输出通过sigmoid函数进行激活,得到二分类概率值。在每个卷积层和全连接层之间都使用relu激活函数。 5. 训练和验证 使用PyTorch框架对多尺度1DCNN神经网络进行训练和验证,如下所示: ``` python criterion = nn.BCELoss() optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001) train_losses, val_losses, train_accs, val_accs = [], [], [], [] for epoch in range(100): # 训练 train_loss, train_acc = 0, 0 model.train() for i in range(len(X_train)): inputs = torch.tensor([X_train[i]], dtype=torch.float32) labels = torch.tensor([y_train[i]], dtype=torch.float32) optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, labels) loss.backward() optimizer.step() train_loss += loss.item() train_acc += (outputs.round() == labels).sum().item() train_loss /= len(X_train) train_acc /= len(X_train) train_losses.append(train_loss) train_accs.append(train_acc) # 验证 val_loss, val_acc = 0, 0 model.eval() with torch.no_grad(): for i in range(len(X_val)): inputs = torch.tensor([X_val[i]], dtype=torch.float32) labels = torch.tensor([y_val[i]], dtype=torch.float32) outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, labels) val_loss += loss.item() val_acc += (outputs.round() == labels).sum().item() val_loss /= len(X_val) val_acc /= len(X_val) val_losses.append(val_loss) val_accs.append(val_acc) print('Epoch [{}/{}], train_loss: {:.4f}, train_acc: {:.4f}, val_loss: {:.4f}, val_acc: {:.4f}' .format(epoch+1, 100, train_loss, train_acc, val_loss, val_acc)) ``` 其中,使用BCELoss作为损失函数,Adam作为优化器。每个epoch训练完后,需要计算训练集和验证集的loss和accuracy,并将它们保存在train_losses、val_losses、train_accs和val_accs列表中。 6. 绘制ACC、loss曲线和混淆矩阵 使用matplotlib库可以绘制训练集和验证集的ACC、loss曲线,如下所示: ``` python import matplotlib.pyplot as plt plt.figure(figsize=(10, 4)) plt.subplot(1, 2, 1) plt.plot(train_losses, label='Training loss') plt.plot(val_losses, label='Validation loss') plt.legend(frameon=False) plt.xlabel('Epoch') plt.ylabel('Loss') plt.subplot(1, 2, 2) plt.plot(train_accs, label='Training acc') plt.plot(val_accs, label='Validation acc') plt.legend(frameon=False) plt.xlabel('Epoch') plt.ylabel('Accuracy') plt.show() ``` 使用sklearn库可以绘制混淆矩阵,如下所示: ``` python from sklearn.metrics import confusion_matrix model.eval() with torch.no_grad(): y_pred = [] for i in range(len(X_test)): inputs = torch.tensor([X_test[i]], dtype=torch.float32) outputs = model(inputs) y_pred.append(outputs.round().item()) cm = confusion_matrix(y_test, y_pred) print(cm) ``` 其中,y_pred是模型在测试集上的预测结果,使用confusion_matrix()函数可以计算混淆矩阵,并将其打印出来。
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