arima-xgboost 代码实现,使用网格搜索与时间序列分割TimeSeriesSplit优化xgboost模型,

时间: 2023-12-10 11:36:55 浏览: 189
首先,我们需要导入需要的库和数据集。假设我们使用的是一个名为 `data` 的 Pandas DataFrame,其中包含时间序列数据。 ```python import pandas as pd import numpy as np from sklearn.metrics import mean_squared_error from sklearn.model_selection import ParameterGrid, TimeSeriesSplit from statsmodels.tsa.arima_model import ARIMA import xgboost as xgb # 导入数据集 data = pd.read_csv('data.csv') ``` 接下来,我们可以将数据集分成训练集和测试集。在这里,我们将使用前80%的数据作为训练集,后20%的数据作为测试集。我们还需要定义时间序列分割的参数,以便用于交叉验证。 ```python # 将数据集分成训练集和测试集 train_size = int(len(data) * 0.8) train_data, test_data = data[:train_size], data[train_size:] # 定义时间序列分割参数 n_splits = 5 window_size = int(len(train_data) / n_splits) tscv = TimeSeriesSplit(n_splits=n_splits) ``` 接下来,我们将使用ARIMA模型对训练数据进行拟合,以便将其用作XGBoost模型的特征。我们使用ARIMA模型的残差作为特征,因为残差包含了时间序列中未被模型捕捉到的信息。我们将使用ARIMA模型的残差和原始数据的移动平均值和标准差作为XGBoost模型的特征。 ```python # 定义ARIMA模型的参数和范围 p = [0, 1, 2] d = [0, 1] q = [0, 1, 2] arima_params = list(ParameterGrid({'p': p, 'd': d, 'q': q})) # 定义XGBoost模型的参数和范围 xgb_params = {'max_depth': [3, 5, 7], 'n_estimators': [50, 100, 150]} # 定义特征变量和目标变量 train_features = [] train_targets = [] # 对每个时间序列分割进行ARIMA模型拟合和特征提取 for train_index, test_index in tscv.split(train_data): # 定义训练集和测试集 train, test = train_data.iloc[train_index], train_data.iloc[test_index] # 对训练集进行ARIMA模型拟合 arima_model = ARIMA(train, order=(1, 1, 0)) arima_fit = arima_model.fit(disp=0) # 提取ARIMA模型残差 arima_residuals = pd.DataFrame(arima_fit.resid) arima_residuals.index = train.index[1:] # 提取移动平均值和标准差 rolling_mean = train.rolling(window=window_size).mean()[window_size:] rolling_std = train.rolling(window=window_size).std()[window_size:] # 将ARIMA模型残差、移动平均值和标准差作为特征 train_features.append(pd.concat([arima_residuals, rolling_mean, rolling_std], axis=1)) train_targets.append(train.iloc[1:]) # 将特征和目标变量转换为NumPy数组 train_features = np.concatenate(train_features) train_targets = np.concatenate(train_targets).ravel() ``` 现在我们可以使用网格搜索来找到最佳的XGBoost模型。我们将使用均方根误差(RMSE)作为评估指标。 ```python # 定义网格搜索参数 grid = ParameterGrid({'xgb_params': xgb_params, 'arima_params': arima_params}) # 定义最佳模型参数和最小RMSE best_params = None min_rmse = float('inf') # 对每个参数组合进行交叉验证 for params in grid: # 定义XGBoost模型和ARIMA模型 xgb_model = xgb.XGBRegressor(**params['xgb_params']) arima_model = ARIMA(train_data, order=(params['arima_params']['p'], params['arima_params']['d'], params['arima_params']['q'])) arima_fit = arima_model.fit(disp=0) # 提取ARIMA模型残差 arima_residuals = pd.DataFrame(arima_fit.resid) arima_residuals.index = train_data.index[1:] # 提取移动平均值和标准差 rolling_mean = train_data.rolling(window=window_size).mean()[window_size:] rolling_std = train_data.rolling(window=window_size).std()[window_size:] # 将ARIMA模型残差、移动平均值和标准差作为特征 features = pd.concat([arima_residuals, rolling_mean, rolling_std], axis=1) targets = train_data.iloc[1:] # 对每个时间序列分割进行交叉验证 rmse_scores = [] for train_index, test_index in tscv.split(train_data): # 定义训练集和测试集 X_train, X_test = features.iloc[train_index], features.iloc[test_index] y_train, y_test = targets.iloc[train_index], targets.iloc[test_index] # 拟合XGBoost模型 xgb_model.fit(X_train, y_train) # 预测测试集 y_pred = xgb_model.predict(X_test) # 计算RMSE rmse = np.sqrt(mean_squared_error(y_test, y_pred)) rmse_scores.append(rmse) # 计算平均RMSE mean_rmse = np.mean(rmse_scores) # 更新最佳模型参数和最小RMSE if mean_rmse < min_rmse: best_params = params min_rmse = mean_rmse # 输出最佳模型参数和最小RMSE print('Best params:', best_params) print('Min RMSE:', min_rmse) ``` 最后,我们可以使用最佳参数训练XGBoost模型,并在测试集上进行预测。 ```python # 定义XGBoost模型和ARIMA模型 xgb_model = xgb.XGBRegressor(**best_params['xgb_params']) arima_model = ARIMA(train_data, order=(best_params['arima_params']['p'], best_params['arima_params']['d'], best_params['arima_params']['q'])) arima_fit = arima_model.fit(disp=0) # 提取ARIMA模型残差 arima_residuals = pd.DataFrame(arima_fit.resid) arima_residuals.index = train_data.index[1:] # 提取移动平均值和标准差 rolling_mean = train_data.rolling(window=window_size).mean()[window_size:] rolling_std = train_data.rolling(window=window_size).std()[window_size:] # 将ARIMA模型残差、移动平均值和标准差作为特征 train_features = pd.concat([arima_residuals, rolling_mean, rolling_std], axis=1) train_targets = train_data.iloc[1:] # 拟合XGBoost模型 xgb_model.fit(train_features, train_targets) # 对测试集进行预测 test_arima_residuals = pd.DataFrame(arima_fit.forecast(steps=len(test_data))[0]).diff()[1:] test_rolling_mean = test_data.rolling(window=window_size).mean()[window_size:] test_rolling_std = test_data.rolling(window=window_size).std()[window_size:] test_features = pd.concat([test_arima_residuals, test_rolling_mean, test_rolling_std], axis=1) test_targets = test_data.iloc[1:] test_pred = xgb_model.predict(test_features) # 计算测试集RMSE test_rmse = np.sqrt(mean_squared_error(test_targets, test_pred)) print('Test RMSE:', test_rmse) ```
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