ga-lstm代码

时间: 2023-07-02 18:08:47 浏览: 140
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MATLAB实现GA-LSTM遗传算法优化长短期记忆网络的数据多输入分类预测(完整源码和数据)

以下是一个简单的 GA-LSTM 模型的 Python 代码示例: ```python import numpy as np import random class GALSTM(): def __init__(self, input_size, output_size, hidden_size, population_size, mutation_rate): self.input_size = input_size self.output_size = output_size self.hidden_size = hidden_size self.population_size = population_size self.mutation_rate = mutation_rate self.population = [] self.fitness_scores = [] # Initialize population for i in range(population_size): self.population.append(self.generate_individual()) def generate_individual(self): # Generate weights for the GA-LSTM individual # Each individual is a numpy array with shape (input_size + hidden_size + 1, 4 * hidden_size + output_size) individual = np.zeros((self.input_size + self.hidden_size + 1, 4 * self.hidden_size + self.output_size)) for i in range(self.input_size + self.hidden_size + 1): for j in range(4 * self.hidden_size + self.output_size): individual[i][j] = random.uniform(-1, 1) return individual def sigmoid(self, x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def forward(self, x, h, c, individual): # Perform forward pass through the GA-LSTM individual # x is the input vector, h is the previous hidden state, c is the previous cell state # individual is the numpy array representing the weights of the individual input_concat = np.concatenate((x, h, np.array([1]))) gates = np.dot(input_concat, individual) input_gate = self.sigmoid(gates[:self.hidden_size]) forget_gate = self.sigmoid(gates[self.hidden_size:2*self.hidden_size]) output_gate = self.sigmoid(gates[2*self.hidden_size:3*self.hidden_size]) cell_update = np.tanh(gates[3*self.hidden_size:4*self.hidden_size]) c_new = c * forget_gate + input_gate * cell_update h_new = output_gate * np.tanh(c_new) return h_new, c_new def predict(self, x, individual): # Use the GA-LSTM individual to make a prediction for the input x h = np.zeros(self.hidden_size) c = np.zeros(self.hidden_size) for i in range(len(x)): h, c = self.forward(x[i], h, c, individual) output = np.dot(np.concatenate((h, np.array([1]))), individual)[-self.output_size:] return output def evaluate_fitness(self, x_train, y_train, individual): # Evaluate the fitness of the GA-LSTM individual using mean squared error mse = 0 for i in range(len(x_train)): y_pred = self.predict(x_train[i], individual) mse += np.mean((y_pred - y_train[i])**2) fitness = 1 / (mse + 1e-6) return fitness def select_parents(self): # Select two parents from the population using tournament selection parent1, parent2 = None, None for i in range(2): tournament_indices = np.random.choice(self.population_size, size=5, replace=False) tournament_individuals = [self.population[i] for i in tournament_indices] tournament_fitness_scores = [self.fitness_scores[i] for i in tournament_indices] winner = tournament_individuals[np.argmax(tournament_fitness_scores)] if i == 0: parent1 = winner else: parent2 = winner return parent1, parent2 def crossover(self, parent1, parent2): # Perform crossover between two parents to create a new child child = np.zeros(parent1.shape) for i in range(parent1.shape[0]): for j in range(parent1.shape[1]): if random.random() < 0.5: child[i][j] = parent1[i][j] else: child[i][j] = parent2[i][j] return child def mutate(self, child): # Perform mutation on a child for i in range(child.shape[0]): for j in range(child.shape[1]): if random.random() < self.mutation_rate: child[i][j] += random.uniform(-1, 1) return child def evolve(self, x_train, y_train): # Evolve the population using genetic algorithm self.fitness_scores = [self.evaluate_fitness(x_train, y_train, individual) for individual in self.population] sorted_indices = np.argsort(self.fitness_scores)[::-1] self.population = [self.population[i] for i in sorted_indices] elite_individual = self.population[0] new_population = [elite_individual] for i in range(1, self.population_size): parent1, parent2 = self.select_parents() child = self.crossover(parent1, parent2) child = self.mutate(child) new_population.append(child) self.population = new_population def fit(self, x_train, y_train, num_generations): # Train the GA-LSTM model on the training data for a given number of generations for i in range(num_generations): self.evolve(x_train, y_train) fitness_scores = [self.evaluate_fitness(x_train, y_train, individual) for individual in self.population] print("Generation", i+1, "- Best Fitness:", max(fitness_scores)) return self.population[0] ``` 这个 GA-LSTM 类包括以下方法: - `__init__(self, input_size, output_size, hidden_size, population_size, mutation_rate)`:初始化 GA-LSTM 模型,其中`input_size`是输入向量的维数,`output_size`是输出向量的维数,`hidden_size`是隐藏层向量的维数,`population_size`是种群大小,`mutation_rate`是突变率。 - `generate_individual(self)`:生成 GA-LSTM 个体的权重矩阵。 - `sigmoid(self, x)`:计算 sigmoid 函数的值。 - `forward(self, x, h, c, individual)`:执行 GA-LSTM 个体的前向传播。 - `predict(self, x, individual)`:使用 GA-LSTM 个体对输入 x 进行预测。 - `evaluate_fitness(self, x_train, y_train, individual)`:计算 GA-LSTM 个体的适应度分数。 - `select_parents(self)`:使用锦标赛选择法从种群中选择两个父代。 - `crossover(self, parent1, parent2)`:在两个父代之间执行交叉操作以创建一个新的孩子。 - `mutate(self, child)`:对一个孩子执行突变操作。 - `evolve(self, x_train, y_train)`:使用遗传算法进化种群。 - `fit(self, x_train, y_train, num_generations)`:在训练数据上训练 GA-LSTM 模型。
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