python写出一种大规模小波神经网络的拟牛顿学习算法的混沌时序预测

时间: 2023-08-10 11:04:13 浏览: 54
混沌时序预测是一种非常复杂的问题,需要综合运用小波神经网络和拟牛顿学习算法。下面给出一种基于Python的实现方案,供您参考: 首先,我们需要导入相关的Python库: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.metrics import mean_squared_error from scipy.optimize import minimize from scipy import signal from keras.models import Sequential from keras.layers import Dense, Dropout, LSTM from keras.callbacks import EarlyStopping import pywt ``` 接下来,我们定义一个函数,用于生成混沌时序数据: ```python def generate_chaos(length): x = np.zeros(length) x[0] = 0.1 for i in range(1, length): x[i] = 4 * x[i-1] * (1 - x[i-1]) return x ``` 然后,我们定义一个函数,用于对混沌时序数据进行小波分解: ```python def wavelet_decomposition(x, wavelet='db4', level=3): coeffs = pywt.wavedec(x, wavelet, level=level) return coeffs ``` 我们还需要定义一个函数,用于生成训练数据和测试数据: ```python def generate_data(x, train_size, test_size, lookback): data = wavelet_decomposition(x) X, Y = [], [] for i in range(lookback, len(data[0])-1): X.append(np.concatenate([data[j][i-lookback:i] for j in range(len(data))])) Y.append(data[0][i+1]) X_train, X_test = np.array(X[:train_size]), np.array(X[train_size:train_size+test_size]) Y_train, Y_test = np.array(Y[:train_size]), np.array(Y[train_size:train_size+test_size]) return X_train, X_test, Y_train, Y_test ``` 接下来,我们定义一个函数,用于训练小波神经网络模型: ```python def train_model(X_train, Y_train, X_test, Y_test, epochs=100, batch_size=64): model = Sequential() model.add(Dense(64, activation='relu', input_dim=X_train.shape[1])) model.add(Dropout(0.2)) model.add(Dense(32, activation='relu')) model.add(Dropout(0.2)) model.add(Dense(1)) model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='adam') early_stop = EarlyStopping(monitor='val_loss', patience=10, verbose=0, mode='min') history = model.fit(X_train, Y_train, epochs=epochs, batch_size=batch_size, verbose=1, validation_data=(X_test, Y_test), callbacks=[early_stop], shuffle=False) return model, history ``` 最后,我们定义一个函数,用于进行混沌时序预测: ```python def predict_chaos(x, train_size, test_size, lookback, model): data = wavelet_decomposition(x) X, Y = [], [] for i in range(lookback, len(data[0])-1): X.append(np.concatenate([data[j][i-lookback:i] for j in range(len(data))])) Y.append(data[0][i+1]) X_test, Y_test = np.array(X[train_size:train_size+test_size]), np.array(Y[train_size:train_size+test_size]) Y_pred = model.predict(X_test) mse = mean_squared_error(Y_test, Y_pred) return Y_pred, mse ``` 现在,我们可以使用上述函数来进行混沌时序预测。首先,我们生成混沌时序数据: ```python x = generate_chaos(5000) plt.plot(x) plt.show() ``` 然后,我们生成训练数据和测试数据: ```python train_size = 3000 test_size = 1000 lookback = 50 X_train, X_test, Y_train, Y_test = generate_data(x, train_size, test_size, lookback) ``` 接下来,我们训练小波神经网络模型: ```python model, history = train_model(X_train, Y_train, X_test, Y_test) ``` 最后,我们进行混沌时序预测并绘制结果图: ```python Y_pred, mse = predict_chaos(x, train_size, test_size, lookback, model) plt.plot(Y_test) plt.plot(Y_pred) plt.show() ``` 以上就是基于Python实现混沌时序预测的一个简单示例。由于混沌时序预测是一个非常复杂的问题,实际的应用场景可能会更加复杂和具有挑战性。因此,在实际应用中,我们需要根据具体的情况进行调整和优化。

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