用Pytorch实现利用前馈神经网络预测共享单车的使用数量过程

时间: 2023-07-14 08:14:14 浏览: 176
好的,下面是一个简单的前馈神经网络模型的实现,可以用来预测共享车的使用数量过程。首先,我们需要准备数据集,并对数据进行预处理。 数据集可以从UCI Machine Learning Repository上下载,包含了每小时的共享单车使用数量以及相关的天气和时间信息。我们将数据集分为训练集和测试集,并使用特征缩放将所有特征值缩放到0到1的范围内。 ```python import pandas as pd import numpy as np import torch from torch.utils.data import Dataset, DataLoader from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler # 加载数据集 url = "http://archive.ics.uci.edu/ml/machine-learning-databases/00275/Bike-Sharing-Dataset.zip" data = pd.read_csv(url, compression='zip', header=0, sep=',', quotechar='"') # 预处理数据 data = data.drop(['instant', 'dteday', 'casual', 'registered'], axis=1) scaler = MinMaxScaler() data[['cnt', 'temp', 'atemp', 'hum', 'windspeed']] = scaler.fit_transform(data[['cnt', 'temp', 'atemp', 'hum', 'windspeed']]) # 划分数据集 train_data = data.sample(frac=0.8) test_data = data.drop(train_data.index) # 转换为PyTorch张量 train_targets = torch.tensor(train_data['cnt'].values).float() test_targets = torch.tensor(test_data['cnt'].values).float() train_features = torch.tensor(train_data.drop(['cnt'], axis=1).values).float() test_features = torch.tensor(test_data.drop(['cnt'], axis=1).values).float() # 创建数据集类 class BikeSharingDataset(Dataset): def __init__(self, features, targets): self.features = features self.targets = targets def __len__(self): return len(self.features) def __getitem__(self, idx): return self.features[idx], self.targets[idx] # 创建数据加载器 train_dataset = BikeSharingDataset(train_features, train_targets) test_dataset = BikeSharingDataset(test_features, test_targets) train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=64, shuffle=True) test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=64, shuffle=False) ``` 接下来我们可以定义模型了。这里我们使用一个具有两个隐藏层的前馈神经网络,激活函数为ReLU。 ```python class NeuralNet(torch.nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, num_hidden_layers): super(NeuralNet, self).__init__() self.layers = [] self.layers.append(torch.nn.Linear(input_size, hidden_size)) self.layers.append(torch.nn.ReLU()) for i in range(num_hidden_layers-1): self.layers.append(torch.nn.Linear(hidden_size, hidden_size)) self.layers.append(torch.nn.ReLU()) self.layers.append(torch.nn.Linear(hidden_size, 1)) self.layers = torch.nn.Sequential(*self.layers) def forward(self, x): return self.layers(x) ``` 接下来是训练代码: ```python def train(model, optimizer, loss_fn, train_loader, device): model.train() total_loss = 0 for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader): data, target = data.to(device), target.to(device) optimizer.zero_grad() output = model(data).squeeze() loss = loss_fn(output, target) loss.backward() optimizer.step() total_loss += loss.item() return total_loss / len(train_loader) def test(model, loss_fn, test_loader, device): model.eval() total_loss = 0 with torch.no_grad(): for batch_idx, (data, target) in enumerate(test_loader): data, target = data.to(device), target.to(device) output = model(data).squeeze() loss = loss_fn(output, target) total_loss += loss.item() return total_loss / len(test_loader) # 设置超参数 input_size = train_features.shape[1] hidden_size = 64 num_hidden_layers = 2 learning_rate = 0.001 num_epochs = 100 # 定义模型、损失函数和优化器 model = NeuralNet(input_size, hidden_size, num_hidden_layers).to(device) loss_fn = torch.nn.MSELoss() optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=learning_rate) # 训练模型 for epoch in range(num_epochs): train_loss = train(model, optimizer, loss_fn, train_loader, device) test_loss = test(model, loss_fn, test_loader, device) print("Epoch {} | Train Loss {:.4f} | Test Loss {:.4f}".format(epoch+1, train_loss, test_loss)) ``` 最后,我们可以使用训练好的模型进行预测: ```python # 使用训练好的模型进行预测 test_predictions = model(test_features.to(device)).squeeze().detach().cpu().numpy() test_targets = test_targets.numpy() # 可视化预测结果 import matplotlib.pyplot as plt plt.plot(test_targets, label="Actual") plt.plot(test_predictions, label="Predicted") plt.legend() plt.show() ``` 这样就可以利用前馈神经网络预测共享单车的使用数量过程了。
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