基于pytorch使用TCN预测溶解氧的全部代码

时间: 2023-07-30 09:10:06 浏览: 92
下面是基于PyTorch使用TCN预测溶解氧的完整代码: ``` import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import numpy as np import pandas as pd from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler class TCN(nn.Module): def __init__(self, input_size, output_size, num_channels, kernel_size, dropout): super(TCN, self).__init__() self.input_size = input_size self.output_size = output_size self.num_channels = num_channels self.kernel_size = kernel_size self.dropout = dropout self.tcn = nn.Sequential( nn.Conv1d(self.input_size, self.num_channels, self.kernel_size, stride=1, padding=(self.kernel_size-1)), nn.BatchNorm1d(self.num_channels), nn.ReLU(), nn.Dropout(self.dropout), nn.Conv1d(self.num_channels, self.num_channels, self.kernel_size, stride=1, padding=(self.kernel_size-1)), nn.BatchNorm1d(self.num_channels), nn.ReLU(), nn.Dropout(self.dropout), nn.Conv1d(self.num_channels, self.output_size, 1) ) def forward(self, x): y = self.tcn(x) return y[:,:,-1] def train_model(model, train_loader, optimizer, criterion, epoch): model.train() train_loss = 0.0 for i, (inputs, targets) in enumerate(train_loader): optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) loss.backward() optimizer.step() train_loss += loss.item() train_loss /= len(train_loader) print('Epoch: {}, Training Loss: {:.6f}'.format(epoch+1, train_loss)) def evaluate_model(model, val_loader, criterion): model.eval() val_loss = 0.0 with torch.no_grad(): for inputs, targets in val_loader: outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) val_loss += loss.item() val_loss /= len(val_loader) print('Validation Loss: {:.6f}'.format(val_loss)) return val_loss def predict(model, test_loader): model.eval() predictions = [] with torch.no_grad(): for inputs, _ in test_loader: outputs = model(inputs) predictions.append(outputs.numpy()) return np.vstack(predictions) # Load and preprocess data data = pd.read_csv('data.csv') scaler = MinMaxScaler() data['DO'] = scaler.fit_transform(data['DO'].values.reshape(-1,1)) # Split data into train, validation, and test sets train = data[:int(0.7*len(data))] val = data[int(0.7*len(data)):int(0.85*len(data))] test = data[int(0.85*len(data)):] # Create PyTorch DataLoader objects batch_size = 64 train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train, batch_size=batch_size, shuffle=True) val_loader = torch.utils.data.DataLoader(val, batch_size=batch_size, shuffle=False) test_loader = torch.utils.data.DataLoader(test, batch_size=batch_size, shuffle=False) # Initialize model, optimizer, and loss function input_size = 1 output_size = 1 num_channels = 64 kernel_size = 3 dropout = 0.2 model = TCN(input_size, output_size, num_channels, kernel_size, dropout) optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=1e-3) criterion = nn.MSELoss() # Train model num_epochs = 50 best_val_loss = float('inf') for epoch in range(num_epochs): train_model(model, train_loader, optimizer, criterion, epoch) val_loss = evaluate_model(model, val_loader, criterion) if val_loss < best_val_loss: best_val_loss = val_loss torch.save(model.state_dict(), 'tcn_model.pt') # Load best model and make predictions on test set model.load_state_dict(torch.load('tcn_model.pt')) predictions = scaler.inverse_transform(predict(model, test_loader)) actual = test['DO'].values.reshape(-1,1) test_rmse = np.sqrt(np.mean((predictions-actual)**2)) print('Test RMSE: {:.6f}'.format(test_rmse)) ``` 代码中的 `TCN` 类定义了一个简单的 TCN 模型。在训练循环中,我们使用了 PyTorch 的 DataLoader 对象来加载数据并进行训练。模型的优化器采用了 Adam 优化器,损失函数采用了均方误差(MSE)损失函数。在训练过程中,我们记录了最好的验证集损失,以便在测试集上进行预测时使用。最后,我们将预测值反转缩放以获得原始数据的单位,并计算测试集的均方根误差(RMSE)。

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