请给我一段用python写的高精度RBP神经网络代码,解决用变量phi,变量r拟合变量ld的问题,实际的变量phi、r、ld从excel表格中读取,数据量约为400,数据需要归一化处理,数据需要划分为训练集和测试集,要求绘制变量ld的实际值与预测值的对比图和训练误差下降曲线,尽量不要出现变量维度方面的错误。
时间: 2024-03-19 12:45:50 浏览: 100
基于RBP神经网络模型的城市需水量方法研究.pdf
好的,下面是一个基于PyTorch的高精度RBP神经网络代码,可以解决您提出的问题:
```python
import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import pandas as pd
import numpy as np
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
from sklearn.model_selection import train_test_split
import matplotlib.pyplot as plt
# 读取数据
df = pd.read_excel('data.xlsx')
X = df[['phi', 'r']].values
Y = df['ld'].values.reshape(-1, 1)
# 归一化处理
scaler_x = MinMaxScaler()
scaler_y = MinMaxScaler()
X_scaled = scaler_x.fit_transform(X)
Y_scaled = scaler_y.fit_transform(Y)
# 划分训练集和测试集
X_train, X_test, Y_train, Y_test = train_test_split(X_scaled, Y_scaled, test_size=0.2, random_state=42)
# 定义神经网络
class RBPNet(nn.Module):
def __init__(self, input_dim, output_dim, hidden_dim):
super(RBPNet, self).__init__()
self.hidden = nn.Linear(input_dim, hidden_dim)
self.out = nn.Linear(hidden_dim, output_dim)
self.rbf = nn.Sequential(
nn.Linear(2, hidden_dim),
nn.Tanh(),
nn.Linear(hidden_dim, output_dim, bias=False)
)
def forward(self, x, c):
# RBF层
radial = torch.exp(-1 * c * torch.sum((x.unsqueeze(1) - self.rbf[0].weight)**2, dim=2))
# 隐藏层
hidden = self.hidden(x)
# 输出层
out = self.out(hidden + radial)
return out
# 训练模型
def train_model(model, criterion, optimizer, X_train, Y_train, X_test, Y_test, epochs):
train_losses = []
test_losses = []
for epoch in range(epochs):
# 训练
model.train()
optimizer.zero_grad()
y_train_pred = model(torch.tensor(X_train, dtype=torch.float32), torch.tensor(1.0))
train_loss = criterion(y_train_pred, torch.tensor(Y_train, dtype=torch.float32))
train_loss.backward()
optimizer.step()
train_losses.append(train_loss.item())
# 测试
model.eval()
with torch.no_grad():
y_test_pred = model(torch.tensor(X_test, dtype=torch.float32), torch.tensor(1.0))
test_loss = criterion(y_test_pred, torch.tensor(Y_test, dtype=torch.float32))
test_losses.append(test_loss.item())
# 打印训练过程
if (epoch+1) % 100 == 0:
print('Epoch [{}/{}], Train Loss: {:.4f}, Test Loss: {:.4f}'.format(epoch+1, epochs, train_loss.item(), test_loss.item()))
# 绘制训练误差下降曲线
plt.plot(train_losses, label='Train Loss')
plt.plot(test_losses, label='Test Loss')
plt.legend()
plt.show()
# 训练模型
input_dim = 2
output_dim = 1
hidden_dim = 10
model = RBPNet(input_dim, output_dim, hidden_dim)
criterion = nn.MSELoss()
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.1)
epochs = 500
train_model(model, criterion, optimizer, X_train, Y_train, X_test, Y_test, epochs)
# 预测测试集
model.eval()
with torch.no_grad():
Y_test_pred = model(torch.tensor(X_test, dtype=torch.float32), torch.tensor(1.0))
Y_test_pred = scaler_y.inverse_transform(Y_test_pred.numpy())
# 绘制实际值与预测值的对比图
plt.plot(Y_test, label='Actual')
plt.plot(Y_test_pred, label='Predicted')
plt.legend()
plt.show()
```
在这个代码中,我们首先读取了Excel表格中的数据,并使用`MinMaxScaler`对数据进行归一化处理。然后,我们使用`train_test_split`函数将数据划分为训练集和测试集。
接着,我们定义了一个RBP神经网络模型,并使用`nn.Module`类来创建一个自定义的PyTorch模型。在这个模型中,我们使用了两个线性层和一个RBF层,其中RBF层用于处理输入样本的非线性特征。
最后,我们使用PyTorch提供的优化器`optim.Adam`和损失函数`nn.MSELoss`来优化模型,并使用`train_model`函数来训练模型。在训练过程中,我们使用了训练集和测试集来计算训练误差和测试误差,并使用`matplotlib`库绘制了训练误差下降曲线。
在训练完成后,我们使用训练好的模型来预测测试集,并使用`MinMaxScaler`将预测结果进行反归一化处理,最后使用`matplotlib`库绘制了实际值与预测值的对比图。
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