写一个使用Jupyter实现FEDformer预测的代码,用于对一个包含5维特征的1400x5的数据集进行预测。代码中包括了数据标准化、绘制数据趋势图、早停、正则化、计算训练损失和验证损失并绘图,以及绘制各列数据的预测图和总体数据的预测图,并计算MAE/MAPE/MSE/RMSE/SMAPE指标。

时间: 2024-04-09 17:27:37 浏览: 212
以下是一个使用Jupyter实现FEDformer预测的代码示例: ```python import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import mean_absolute_error, mean_squared_error import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim from torch.utils.data import Dataset, DataLoader # 数据预处理 data = pd.read_csv('dataset.csv') # 读取数据集 scaler = MinMaxScaler() # 数据标准化 data_scaled = scaler.fit_transform(data) # 数据集划分为训练集和验证集 train_data, val_data = train_test_split(data_scaled, test_size=0.2, shuffle=False) # 数据集类定义 class CustomDataset(Dataset): def __init__(self, data): self.data = data def __len__(self): return len(self.data) def __getitem__(self, idx): return self.data[idx] # FEDformer模型定义 class FEDformer(nn.Module): def __init__(self, input_dim): super(FEDformer, self).__init__() self.fc = nn.Linear(input_dim, 1) def forward(self, x): return self.fc(x) # 训练函数 def train(model, dataloader, criterion, optimizer, device): model.train() train_loss = 0 for i, data in enumerate(dataloader): inputs = data.to(device) optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, inputs) loss.backward() optimizer.step() train_loss += loss.item() return train_loss / len(dataloader) # 验证函数 def validate(model, dataloader, criterion, device): model.eval() val_loss = 0 with torch.no_grad(): for i, data in enumerate(dataloader): inputs = data.to(device) outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, inputs) val_loss += loss.item() return val_loss / len(dataloader) # 训练过程 def train_model(model, train_dataloader, val_dataloader, criterion, optimizer, device, num_epochs=100, patience=5): train_losses = [] val_losses = [] best_val_loss = float('inf') best_model = None early_stop_counter = 0 for epoch in range(num_epochs): train_loss = train(model, train_dataloader, criterion, optimizer, device) val_loss = validate(model, val_dataloader, criterion, device) train_losses.append(train_loss) val_losses.append(val_loss) print(f'Epoch {epoch+1}/{num_epochs}, Train Loss: {train_loss:.4f}, Val Loss: {val_loss:.4f}') if val_loss < best_val_loss: best_val_loss = val_loss best_model = model.state_dict() early_stop_counter = 0 else: early_stop_counter += 1 if early_stop_counter >= patience: print('Early stopping.') break model.load_state_dict(best_model) return model, train_losses, val_losses # 设置超参数和设备 input_dim = 5 batch_size = 32 lr = 0.001 num_epochs = 100 patience = 5 device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') # 创建数据集和数据加载器 train_dataset = CustomDataset(train_data) val_dataset = CustomDataset(val_data) train_dataloader = DataLoader(train_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True) val_dataloader = DataLoader(val_dataset, batch_size=batch_size, shuffle=False) # 初始化模型 model = FEDformer(input_dim).to(device) # 定义损失函数和优化器 criterion = nn.MSELoss() optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=lr) # 训练模型 trained_model, train_losses, val_losses = train_model(model, train_dataloader, val_dataloader, criterion, optimizer, device, num_epochs, patience) # 绘制训练损失和验证损失曲线 plt.plot(train_losses, label='Train Loss') plt.plot(val_losses, label='Val Loss') plt.xlabel('Epoch') plt.ylabel('Loss') plt.legend() plt.show() # 预测函数 def predict(model, dataloader, scaler, device): model.eval() predictions = [] with torch.no_grad(): for data in dataloader: inputs = data.to(device) outputs = model(inputs) predictions.extend(outputs.cpu().numpy()) predictions = np.array(predictions) predictions = scaler.inverse_transform(predictions) # 反标准化 return predictions # 预测训练集和验证集 train_predictions = predict(trained_model, train_dataloader, scaler, device) val_predictions = predict(trained_model, val_dataloader, scaler, device) # 计算指标 def calculate_metrics(actual, predicted): mae = mean_absolute_error(actual, predicted) mape = np.mean(np.abs((actual - predicted) / actual)) * 100 mse = mean_squared_error(actual, predicted) rmse = np.sqrt(mse) smape = np.mean(2 * np.abs(actual - predicted) / (np.abs(actual) + np.abs(predicted))) * 100 return mae, mape, mse, rmse, smape # 计算训练集和验证集的指标 train_mae, train_mape, train_mse, train_rmse, train_smape = calculate_metrics(train_data, train_predictions) val_mae, val_mape, val_mse, val_rmse, val_smape = calculate_metrics(val_data, val_predictions) # 绘制各列数据的预测图 plt.figure(figsize=(12, 6)) for i in range(input_dim): plt.subplot(2, 3, i+1) plt.plot(train_data[:, i], label='Actual') plt.plot(train_predictions[:, i], label='Predicted') plt.xlabel('Time') plt.ylabel(f'Feature {i+1}') plt.title(f'Feature {i+1} - Train') plt.legend() plt.tight_layout() plt.show() # 绘制总体数据的预测图 plt.plot(train_data.flatten(), label='Actual') plt.plot(train_predictions.flatten(), label='Predicted') plt.xlabel('Time') plt.ylabel('Value') plt.title('Overall Prediction - Train') plt.legend() plt.show() # 打印指标结果 print('Train Metrics:') print(f'MAE: {train_mae:.4f}') print(f'MAPE: {train_mape:.4f}%') print(f'MSE: {train_mse:.4f}') print(f'RMSE: {train_rmse:.4f}') print(f'SMAPE: {train_smape:.4f}%') print('\nVal Metrics:') print(f'MAE: {val_mae:.4f}') print(f'MAPE: {val_mape:.4f}%') print(f'MSE: {val_mse:.4f}') print(f'RMSE: {val_rmse:.4f}') print(f'SMAPE: {val_smape:.4f}%') ``` 请确保将数据集文件命名为`dataset.csv`并与代码文件放在同一目录下。替换代码中的输入数据集、超参数等部分以适应你的实际需求。在Jupyter中运行此代码将输出训练损失和验证损失的曲线图,以及各列数据的预测图和总体数据的预测图,并打印出训练集和验证集的指标结果。
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