python代码实现以下功能:对包括浪高、气温、风向、风速、气压、波浪周期的数据集,根据前12步长数据,利用attention+lstm预测后24步浪高,并可视化attention权重分配情况

时间: 2023-12-25 19:02:57 浏览: 80
好的,我可以为您提供相关代码实现。首先,需要导入以下的库: ```python import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler from tensorflow.keras import layers, models ``` 接下来,读取数据集并对数据进行预处理: ```python df = pd.read_csv('data.csv') # 读取数据集 cols = ['浪高', '气温', '风向', '风速', '气压', '波浪周期'] # 选择需要使用的列 df = df[cols] # 仅保留需要使用的列 scaler = MinMaxScaler() # 初始化一个归一化器 df = scaler.fit_transform(df) # 对数据进行归一化处理 ``` 然后,我们需要将数据集转换为时间序列数据: ```python def create_sequences(data, seq_length): xs = [] ys = [] for i in range(len(data)-seq_length): x = data[i:(i+seq_length)] y = data[(i+seq_length)] xs.append(x) ys.append(y) return np.array(xs), np.array(ys) seq_length = 12 # 定义序列长度 X, y = create_sequences(df, seq_length) # 将数据集转换为时间序列数据 ``` 接下来,我们将数据集分为训练集和测试集: ```python train_size = int(len(y) * 0.8) # 定义训练集的大小 X_train, X_test = X[:train_size], X[train_size:] y_train, y_test = y[:train_size], y[train_size:] ``` 然后,我们可以定义模型,这里使用了attention+lstm的模型: ```python def attention_lstm_model(seq_length, n_features): inputs = layers.Input(shape=(seq_length, n_features)) lstm_out = layers.LSTM(64, return_sequences=True)(inputs) attention = layers.Dense(1, activation='tanh')(lstm_out) attention = layers.Flatten()(attention) attention = layers.Activation('softmax')(attention) attention = layers.RepeatVector(64)(attention) attention = layers.Permute([2, 1])(attention) sent_representation = layers.multiply([lstm_out, attention]) sent_representation = layers.Lambda(lambda xin: layers.K.sum(xin, axis=-2), output_shape=(64,))(sent_representation) output = layers.Dense(1)(sent_representation) model = models.Model(inputs=inputs, outputs=output) return model model = attention_lstm_model(seq_length, len(cols)) model.compile(optimizer='adam', loss='mse') ``` 最后,我们可以训练模型并进行预测和可视化: ```python history = model.fit(X_train, y_train, epochs=50, batch_size=16, validation_split=0.1, verbose=1) y_pred = model.predict(X_test) y_pred = scaler.inverse_transform(y_pred) y_test = scaler.inverse_transform([y_test]) y_test = y_test.reshape(y_pred.shape) plt.plot(y_test.flatten(), label='True') plt.plot(y_pred.flatten(), label='Predicted') plt.legend() plt.show() attention_vectors = [] for i in range(len(X_test)): # 每个测试样本的注意力权重 attention_vector = model.layers[4](model.layers[3](X_test[i].reshape(1, *X_test[i].shape))).numpy().reshape(-1) attention_vectors.append(attention_vector) # 可视化注意力权重 attention_df = pd.DataFrame(attention_vectors, columns=['t-12', 't-11', 't-10', 't-9', 't-8', 't-7', 't-6', 't-5', 't-4', 't-3', 't-2', 't-1']) ax = sns.heatmap(attention_df, cmap='Blues') ax.set(title='Attention weights') plt.show() ``` 希望这段代码可以满足您的需求!
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