transformer时间序列预测模型加代码

Transformer模型在自然语言处理中非常成功，特别是在机器翻译和文本生成任务上。然而，将Transformer应用于时间序列预测，比如股票价格、天气预报或音频信号分析，通常需要一些修改和扩展，因为它的原设计更适合处理固定长度的输入。

在时间序列预测中，我们通常会使用一种称为“Transformer Encoder-Decoder”的结构，但针对序列数据，我们通常会在输入和输出序列上做一些调整：

1. **循环神经网络（RNN）- Transformer 结合**：在某些情况下，为了捕捉时间依赖性，可能会先用RNN（如LSTM或GRU）作为序列的“记忆”，然后将其结果馈送到Transformer。

2. **添加位置编码**：Transformer原本不考虑顺序信息，所以在时间序列中，我们会添加位置编码来表示每个时间步的位置。

3. **自回归（Autoregressive）预测**：Transformer decoder层在进行预测时通常采用自回归的方式，即前一时间步的输出被作为输入，避免直接看到未来的信息。

4. **多步预测**：对于多步预测，可能需要在decoder层进行多次解码，每次基于当前预测结果生成下一个时间步。

以下是一个简单的Python示例，使用PyTorch实现一个基本的时间序列Transformer模型（这里仅展示核心部分）：

import torch
from torch import nn

class TimeSeriesTransformer(nn.Module):
    def __init__(self, d_model, n_heads, num_layers, seq_len, dropout=0.1):
        super().__init__()
        self.encoder = nn.TransformerEncoder(nn.TransformerEncoderLayer(d_model, n_heads, dim_feedforward, dropout), num_layers)
        self.decoder = nn.TransformerDecoder(nn.TransformerDecoderLayer(d_model, n_heads, dim_feedforward, dropout), num_layers)
        self.fc_out = nn.Linear(d_model, 1)  # 输出层，假设我们要预测单个值

    def forward(self, x, src_mask=None, tgt_mask=None):
        # x: (batch_size, seq_len, d_model)
        x = self.encoder(x, src_mask=src_mask)
        y = self.decoder(x, tgt=x, tgt_mask=tgt_mask)
        out = self.fc_out(y.mean(dim=1))  # 取平均作为预测值
        return out

# 示例参数
d_model = 64
n_heads = 8
num_layers = 2
seq_len = 32

# 创建模型实例
model = TimeSeriesTransformer(d_model, n_heads, num_layers, seq_len)

**相关问题--:**
1. Transformer模型如何处理变长的时间序列输入？
2. 为什么在Transformer的自回归预测中要使用mean(dim=1)？
3. 在实际应用中，如何设置src_mask和tgt_mask以满足时间序列预测的需求？