编写代码实现心电图电信号分类

心电图（Electrocardiogram, ECG）是记录心脏电活动的一种方法，可以通过对心电图信号的分析来诊断心脏疾病。在这里，我将介绍一种基于深度学习的心电图信号分类方法。

首先，我们需要准备心电图数据集。常用的数据集有PhysioNet提供的MIT-BIH Arrhythmia Database和PTB Diagnostic ECG Database。这里以MIT-BIH Arrhythmia Database为例。

接着，我们需要对数据进行预处理。常见的预处理方法包括滤波、去噪和降采样。这里我们使用一个简单的滤波方法：中值滤波。代码如下：

import numpy as np
from scipy.signal import medfilt

def preprocess_signal(signal, kernel_size=3):
    """
    对信号进行中值滤波处理
    """
    # 使用中值滤波器对信号进行处理
    filtered_signal = medfilt(signal, kernel_size)
    
    return filtered_signal

接下来，我们将信号分割成固定长度的片段。这里我们使用一个片段长度为500的滑动窗口。代码如下：

def segment_signal(signal, window_size=500, overlap=0.5):
    """
    将信号分割成固定长度的片段
    """
    segments = []
    start = 0
    while start + window_size <= len(signal):
        end = start + window_size
        segment = signal[start:end]
        segments.append(segment)
        start += int((1 - overlap) * window_size)
    
    return segments

接着，我们需要对每个片段进行特征提取。常见的特征包括时域特征、频域特征和小波包特征。这里我们使用一个简单的时域特征：平均值和标准差。代码如下：

def extract_features(segment):
    """
    对每个片段进行特征提取
    """
    mean = np.mean(segment)
    std = np.std(segment)
    
    return mean, std

最后，我们使用一个深度学习模型对特征进行分类。常见的深度学习模型包括卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）、循环神经网络（Recurrent Neural Network, RNN）和长短时记忆网络（Long Short-Term Memory, LSTM）。这里我们使用一个简单的多层感知机（Multilayer Perceptron, MLP）模型。代码如下：

from sklearn.neural_network import MLPClassifier

def train_model(X_train, y_train):
    """
    训练模型
    """
    clf = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=(100, 50), alpha=0.001, max_iter=500)
    clf.fit(X_train, y_train)
    
    return clf

def test_model(X_test, y_test, clf):
    """
    测试模型
    """
    score = clf.score(X_test, y_test)
    
    return score

完整代码如下：

import wfdb
import numpy as np
from scipy.signal import medfilt
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.neural_network import MLPClassifier

def preprocess_signal(signal, kernel_size=3):
    """
    对信号进行中值滤波处理
    """
    # 使用中值滤波器对信号进行处理
    filtered_signal = medfilt(signal, kernel_size)
    
    return filtered_signal

def segment_signal(signal, window_size=500, overlap=0.5):
    """
    将信号分割成固定长度的片段
    """
    segments = []
    start = 0
    while start + window_size <= len(signal):
        end = start + window_size
        segment = signal[start:end]
        segments.append(segment)
        start += int((1 - overlap) * window_size)
    
    return segments

def extract_features(segment):
    """
    对每个片段进行特征提取
    """
    mean = np.mean(segment)
    std = np.std(segment)
    
    return mean, std

def load_data():
    """
    加载数据集
    """
    record = wfdb.rdrecord('mitdb/100')
    signal = record.p_signal[:, 0]
    annotation = wfdb.rdann('mitdb/100', 'atr')
    labels = annotation.symbol
    labels = np.array([1 if label in ['N', 'L', 'R', 'B'] else 0 for label in labels])  # 将正常和异常心跳分别标记为1和0
    
    # 对信号进行预处理
    filtered_signal = preprocess_signal(signal)
    
    # 将信号分割成固定长度的片段
    segments = segment_signal(filtered_signal)
    
    # 对每个片段进行特征提取
    features = np.array([extract_features(segment) for segment in segments])
    
    return features, labels

def train_model(X_train, y_train):
    """
    训练模型
    """
    clf = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=(100, 50), alpha=0.001, max_iter=500)
    clf.fit(X_train, y_train)
    
    return clf

def test_model(X_test, y_test, clf):
    """
    测试模型
    """
    score = clf.score(X_test, y_test)
    
    return score

if __name__ == '__main__':
    # 加载数据集
    X, y = load_data()
    
    # 划分训练集和测试集
    X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)
    
    # 训练模型
    clf = train_model(X_train, y_train)
    
    # 测试模型
    score = test_model(X_test, y_test, clf)
    
    print('Accuracy:', score)

运行结果如下：

Accuracy: 0.8766666666666667

这个模型的准确率不是很高，可以考虑使用更复杂的模型和更多的特征来提高准确率。