vmd-lstm预测模型代码matlab

时间: 2023-09-03 08:15:50 浏览: 58
以下是一个基于 MATLAB 的 VMD-LSTM 预测模型的代码示例: ```matlab % 加载数据 data = load('data.mat'); data = data.data; % 划分数据集 train_ratio = 0.8; train_size = round(train_ratio * size(data, 1)); train_data = data(1:train_size, :); test_data = data(train_size+1:end, :); % VMD 分解 num_modes = 8; alpha = 2000; tau = 0; tol = 1e-7; maxiter = 2000; [V, W, ~] = VMD(train_data', alpha, tau, tol, maxiter, num_modes); % LSTM 模型训练 input_size = num_modes; output_size = 1; hidden_size = 32; num_layers = 2; learning_rate = 0.001; num_epochs = 100; batch_size = 64; train_loader = prepare_data(train_data, batch_size); lstm_model = train_lstm(input_size, hidden_size, num_layers, output_size, learning_rate, num_epochs, train_loader); % LSTM 模型预测 test_loader = prepare_data(test_data, 1); lstm_predictions = predict_lstm(lstm_model, test_loader); % VMD 重构 reconstructed_data = W * lstm_predictions; % 可视化结果 figure; plot(data, 'LineWidth', 2); hold on; plot(train_size+1:size(data, 1), reconstructed_data, 'LineWidth', 2); legend('原始数据', '预测数据'); % 定义 VMD 函数 function [V, U, omega] = VMD(X, alpha, tau, tol, maxiter, num_modes) N = length(X); omega = zeros(N, num_modes); for ii = 1:num_modes omega(:, ii) = omega_init(N, alpha); end U = zeros(N, num_modes); V = X; K = 1; while K <= maxiter for ii = 1:num_modes [U(:, ii), ~] = FISTA(V, omega(:, ii), tau, tol); end u_hat = fft(U, [], 1); for ii = 1:num_modes omega(:, ii) = weight_median(u_hat(:, ii), alpha); end V_old = V; V = X - sum(U, 2); if norm(V(:) - V_old(:)) / norm(X(:)) < tol break; end K = K + 1; end end % 定义 FISTA 函数 function [x, obj] = FISTA(y, lambda, tau, tol) L = norm(y, 2)^2; x = y; t = 1; t_old = 1; for ii = 1:100 x_old = x; grad = gradient(x, lambda, tau); x = soft_threshold(x - (1/L) * grad, 1/L); t_old = t; t = (1 + sqrt(1 + 4*t^2))/2; x = x + ((t_old - 1)/t) * (x - x_old); obj = objective(x, y, lambda, tau); if norm(x(:) - x_old(:)) / norm(x_old(:)) < tol break; end end end % 定义梯度和目标函数 function grad = gradient(x, lambda, tau) grad = -fft(kernel(x)) + lambda .* fft(weight(x)) + tau .* fft(x); end function obj = objective(x, y, lambda, tau) obj = norm(kernel(x)*x - y, 2)^2/2 + lambda .* norm(weight(x), 1) + tau .* norm(x, 1); end % 定义阈值函数和核函数 function y = soft_threshold(x, lambda) y = sign(x) .* max(abs(x) - lambda, 0); end function K = kernel(x) N = length(x); K = zeros(N, N); for ii = 1:N for jj = 1:N K(ii, jj) = abs(ii - jj); end end K = exp(-K.^2); end % 定义权重函数和权重中位数函数 function w = weight(x) N = length(x); w = zeros(N, 1); for ii = 1:N w(ii) = min(ii-1, N-ii); end w = w/max(w); end function wm = weight_median(x, alpha) N = length(x); w = weight(x); wm = zeros(N, 1); for ii = 1:N indices = max(ii-alpha, 1):min(ii+alpha, N); wm(ii) = median(w(indices)); end end % 定义 LSTM 模型相关函数 function loader = prepare_data(data, batch_size) num_samples = size(data, 1); batches = floor(num_samples / batch_size); X = data(1:batches*batch_size, :); X = reshape(X, [batch_size, batches, size(data, 2)]); loader = struct; loader.X = X; loader.num_samples = num_samples; loader.batch_size = batch_size; loader.batches = batches; end function model = train_lstm(input_size, hidden_size, num_layers, output_size, learning_rate, num_epochs, loader) lstm_layers = []; for ii = 1:num_layers lstm_layers = [lstm_layers, sequenceInputLayer(input_size)]; lstm_layers = [lstm_layers, lstmLayer(hidden_size, 'OutputMode', 'last')]; end lstm_layers = [lstm_layers, fullyConnectedLayer(output_size)]; lstm_layers = [lstm_layers, regressionLayer]; options = trainingOptions('adam', ... 'MaxEpochs', num_epochs, ... 'LearnRateSchedule', 'piecewise', ... 'LearnRateDropPeriod', 50, ... 'LearnRateDropFactor', 0.2, ... 'InitialLearnRate', learning_rate, ... 'MiniBatchSize', loader.batch_size); X = loader.X(:, 1:end-1, :); Y = loader.X(:, 2:end, :); model = trainNetwork(X, Y, lstm_layers, options); end function predictions = predict_lstm(model, loader) predictions = zeros(loader.num_samples - loader.batch_size, 1); for ii = 1:loader.batches X_batch = loader.X(:, ii, :); Y_batch = model.predict(X_batch); predictions((ii-1)*loader.batch_size+1:ii*loader.batch_size) = Y_batch(1:end-1); end end ``` 需要注意的是,以上代码仅为示例,实际使用时需要根据具体需求进行修改和调整。此外,代码中使用了 VMD 和 FISTA 算法,需要提前安装对应的 MATLAB 工具箱。

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