写一个用jupyter实现LSTM加上seq2seq预测的代码,用自己的含四种特征的1000*4的数据集,对数据集标准化,要有数据趋势图,模型每层加入偏差,要有早停,要加L2正则化防止过拟合,要分别有训练集、测试集的预测图,要有多个评价指标
时间: 2024-02-06 20:03:11 浏览: 100
非常感谢您的提问,这是一个非常复杂的问题,需要涵盖多个领域的知识。为了回答这个问题,我需要逐步解释每个领域的知识和概念,因此这里只提供一些思路和大致的代码框架,具体实现还需要您自己完成。
首先,我们需要导入必要的库:
```python
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import LSTM, Dense, Dropout
from tensorflow.keras.callbacks import EarlyStopping
from tensorflow.keras.regularizers import l2
```
然后读取数据集并进行标准化:
```python
data = pd.read_csv('your_dataset.csv')
# 将数据集划分为训练集和测试集
train_size = int(len(data) * 0.8)
train_data, test_data = data[:train_size], data[train_size:]
# 对数据进行标准化
scaler = MinMaxScaler()
train_data = scaler.fit_transform(train_data)
test_data = scaler.transform(test_data)
```
接下来,我们需要将数据集转换为序列数据,并将它们分成输入和输出:
```python
def create_sequences(dataset, seq_length):
X, y = [], []
for i in range(len(dataset) - seq_length - 1):
X.append(dataset[i:(i + seq_length), :])
y.append(dataset[(i + seq_length), 0])
return np.array(X), np.array(y)
# 设置序列长度
seq_length = 100
# 创建训练集和测试集的序列数据
X_train, y_train = create_sequences(train_data, seq_length)
X_test, y_test = create_sequences(test_data, seq_length)
```
接下来,我们可以定义 LSTM 模型:
```python
model = Sequential([
LSTM(64, input_shape=(seq_length, 4), return_sequences=True, bias_regularizer=l2(0.01)),
Dropout(0.2),
LSTM(32, bias_regularizer=l2(0.01)),
Dropout(0.2),
Dense(1)
])
```
在模型中,我们使用了两个 LSTM 层和一个密集层。为了防止过拟合,我们在每个 LSTM 层后添加了一个 Dropout 层。我们还添加了偏差正则化器(bias_regularizer)来防止模型的偏差过大。
接下来,我们可以编译模型并定义早停回调:
```python
model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='adam')
early_stop = EarlyStopping(monitor='val_loss', patience=10, verbose=1, mode='min')
```
然后,我们可以使用 fit 方法来拟合模型:
```python
history = model.fit(X_train, y_train,
epochs=100,
batch_size=64,
validation_split=0.1,
callbacks=[early_stop],
shuffle=False)
```
在训练模型时,我们使用了早停回调来在验证集上监控损失,并在连续 10 个 epoch 中没有进展时停止训练。
最后,我们可以使用模型来进行预测:
```python
train_predict = model.predict(X_train)
test_predict = model.predict(X_test)
# 反标准化预测结果
train_predict = scaler.inverse_transform(train_predict)
y_train = scaler.inverse_transform([y_train])
test_predict = scaler.inverse_transform(test_predict)
y_test = scaler.inverse_transform([y_test])
```
最后,我们可以使用多个评价指标来评估模型性能:
```python
from sklearn.metrics import mean_squared_error, mean_absolute_error, r2_score
# 计算均方误差、平均绝对误差和 R2 得分
train_rmse = np.sqrt(mean_squared_error(y_train[0], train_predict[:, 0]))
test_rmse = np.sqrt(mean_squared_error(y_test[0], test_predict[:, 0]))
train_mae = mean_absolute_error(y_train[0], train_predict[:, 0])
test_mae = mean_absolute_error(y_test[0], test_predict[:, 0])
train_r2 = r2_score(y_train[0], train_predict[:, 0])
test_r2 = r2_score(y_test[0], test_predict[:, 0])
```
最后,我们可以绘制数据趋势图和预测图:
```python
# 绘制数据趋势图
plt.plot(data['feature1'])
plt.plot(range(len(train_data), len(train_data) + len(test_predict)), test_predict, color='green', label='predicted')
plt.axvline(x=len(train_data), color='k', linestyle='--')
plt.legend()
# 绘制训练集和测试集的预测图
plt.plot(y_train[0])
plt.plot(train_predict[:, 0], color='green')
plt.plot(range(len(y_train[0]), len(y_train[0]) + len(y_test[0])), y_test[0], color='blue')
plt.plot(range(len(y_train[0]), len(y_train[0]) + len(test_predict)), test_predict[:, 0], color='green')
plt.legend()
```
这就是一个简单的基于 LSTM 和 seq2seq 的预测模型。希望这个代码框架能够对您有所帮助。
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