栈自编码器结合LSTMpytorch案例代码预测

时间: 2023-10-11 17:17:21 浏览: 47
这里是一个使用栈自编码器结合LSTM来预测时间序列的PyTorch案例代码。 首先,我们需要导入必要的库和定义一些超参数: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import numpy as np import pandas as pd from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler # 超参数 input_size = 1 hidden_size = 64 num_layers = 2 stack_size = 3 output_size = 1 batch_size = 64 num_epochs = 100 learning_rate = 0.001 ``` 然后,我们需要加载数据并对其进行归一化: ```python # 加载数据 data = pd.read_csv('data.csv', index_col=0) data = data.values.astype('float32') # 归一化 scaler = MinMaxScaler(feature_range=(-1, 1)) data = scaler.fit_transform(data) ``` 接下来,我们需要定义模型。我们将使用一个栈自编码器和一个LSTM来构建模型。在栈自编码器中,我们将把输入数据压缩成一个更小的向量,然后再解压缩回原始形式。这个过程可以帮助我们提取更有用的特征。然后,我们将使用LSTM来学习时间序列的模式。 ```python class StackedAutoEncoder(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, stack_size): super(StackedAutoEncoder, self).__init__() self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.stack_size = stack_size self.encoder = nn.ModuleList([ nn.Linear(input_size, hidden_size) for i in range(stack_size)]) self.decoder = nn.ModuleList([ nn.Linear(hidden_size, input_size) for i in range(stack_size)]) def forward(self, x): for i in range(self.stack_size): x = self.encoder[i](x) x = torch.relu(x) for i in range(self.stack_size - 1, -1, -1): x = self.decoder[i](x) x = torch.relu(x) return x class LSTM(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, num_layers, output_size): super(LSTM, self).__init__() self.input_size = input_size self.hidden_size = hidden_size self.num_layers = num_layers self.output_size = output_size self.lstm = nn.LSTM(input_size, hidden_size, num_layers, batch_first=True) self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size) def forward(self, x): h0 = torch.zeros(self.num_layers, x.size(0), self.hidden_size).to(device) c0 = torch.zeros(self.num_layers, x.size(0), self.hidden_size).to(device) out, _ = self.lstm(x, (h0, c0)) out = self.fc(out[:, -1, :]) return out ``` 然后,我们需要定义训练函数: ```python # 初始化模型和优化器 sae = StackedAutoEncoder(input_size, hidden_size, stack_size).to(device) lstm = LSTM(hidden_size, hidden_size, num_layers, output_size).to(device) params = list(sae.parameters()) + list(lstm.parameters()) optimizer = optim.Adam(params, lr=learning_rate) # 定义损失函数 criterion = nn.MSELoss() def train(data): # 将数据转换成序列 data = torch.from_numpy(data).float() dataset = [] for i in range(len(data) - stack_size): dataset.append((data[i:i+stack_size], data[i+stack_size])) dataloader = torch.utils.data.DataLoader(dataset, batch_size=batch_size, shuffle=True) # 训练模型 for epoch in range(num_epochs): for seq, label in dataloader: seq = seq.to(device) label = label.to(device) # 前向传播 encoded_seq = sae(seq.view(-1, input_size)) encoded_seq = encoded_seq.view(batch_size, stack_size, hidden_size) output = lstm(encoded_seq) loss = criterion(output, label) # 反向传播和优化 optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() # 打印损失 if (epoch+1) % 10 == 0: print('Epoch [{}/{}], Loss: {:.4f}'.format(epoch+1, num_epochs, loss.item())) return sae, lstm ``` 最后,我们可以使用训练好的模型来进行预测: ```python # 加载模型并预测 sae, lstm = train(data) sae.eval() lstm.eval() test_data = np.array([0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9]) test_data = scaler.transform(test_data.reshape(-1, 1)).reshape(1, -1) test_data = torch.from_numpy(test_data).float().to(device) with torch.no_grad(): encoded_seq = sae(test_data.view(-1, input_size)) encoded_seq = encoded_seq.view(1, stack_size, hidden_size) output = lstm(encoded_seq) output = scaler.inverse_transform(output.cpu().numpy()) print(output) ``` 这就是使用栈自编码器结合LSTM来预测时间序列的PyTorch案例代码。

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