LSTM股票预测使用麻雀搜索算法优化参数代码示例

时间: 2023-10-24 08:04:33 浏览: 77
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基于麻雀搜索算法优化LSTM实现时间序列预测,赋注释、使用说明

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下面是使用麻雀搜索算法优化LSTM股票预测模型参数的示例代码: ```python import random import numpy as np import pandas as pd import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler from sklearn.metrics import mean_squared_error # 定义LSTM模型 class LSTM(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, num_layers, output_size, dropout): super(LSTM, self).__init__() self.hidden_size = hidden_size self.num_layers = num_layers self.dropout = dropout self.lstm = nn.LSTM(input_size, hidden_size, num_layers, dropout=dropout) self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size) def forward(self, x): h0 = torch.zeros(self.num_layers, x.size(1), self.hidden_size).to(x.device) c0 = torch.zeros(self.num_layers, x.size(1), self.hidden_size).to(x.device) out, _ = self.lstm(x, (h0, c0)) out = self.fc(out[-1, :, :]) return out # 数据预处理 def prepare_data(data, seq_len): data = np.array(data) scaler = MinMaxScaler() data = scaler.fit_transform(data.reshape(-1, 1)).reshape(-1) x = [] y = [] for i in range(len(data) - seq_len): x.append(data[i:i+seq_len]) y.append(data[i+seq_len]) x = np.array(x).reshape(-1, seq_len, 1) y = np.array(y).reshape(-1, 1) return x, y, scaler # 训练模型 def train_model(x_train, y_train, x_val, y_val, params): input_size = 1 hidden_size = params['hidden_size'] num_layers = params['num_layers'] output_size = 1 dropout = params['dropout'] learning_rate = params['learning_rate'] batch_size = params['batch_size'] num_epochs = 100 device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') model = LSTM(input_size, hidden_size, num_layers, output_size, dropout).to(device) criterion = nn.MSELoss() optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=learning_rate) train_loss = [] val_loss = [] for epoch in range(num_epochs): model.train() for i in range(0, len(x_train), batch_size): x_batch = torch.FloatTensor(x_train[i:i+batch_size]).to(device) y_batch = torch.FloatTensor(y_train[i:i+batch_size]).to(device) optimizer.zero_grad() output = model(x_batch) loss = criterion(output, y_batch) loss.backward() optimizer.step() train_loss.append(loss.item()) model.eval() with torch.no_grad(): x_val_batch = torch.FloatTensor(x_val).to(device) y_val_batch = torch.FloatTensor(y_val).to(device) val_output = model(x_val_batch) val_loss.append(criterion(val_output, y_val_batch).item()) return model, train_loss, val_loss # 预测并计算适应度 def predict_and_fitness(model, x_test, y_test, scaler): device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') model.eval() with torch.no_grad(): x_test_batch = torch.FloatTensor(x_test).to(device) y_test_batch = torch.FloatTensor(y_test).to(device) output = model(x_test_batch) y_pred = scaler.inverse_transform(output.cpu().numpy()) y_true = scaler.inverse_transform(y_test_batch.cpu().numpy()) fitness = 1 / np.sqrt(mean_squared_error(y_true, y_pred)) return fitness # 麻雀搜索算法 def sparrow_search(data, seq_len): # 定义超参数搜索空间 hidden_size_list = [16, 32, 64, 128] num_layers_list = [1, 2, 3] dropout_list = [0, 0.1, 0.2, 0.3] learning_rate_list = [0.001, 0.01, 0.1] batch_size_list = [32, 64, 128] # 定义搜索次数和停止条件 max_iter = 100 stop_fitness = 0.95 # 随机初始化超参数组合 best_params = {} best_fitness = 0 for param in ['hidden_size', 'num_layers', 'dropout', 'learning_rate', 'batch_size']: best_params[param] = random.choice(eval(param+'_list')) # 开始搜索 for i in range(max_iter): # 划分训练集、验证集和测试集 train_size = int(len(data) * 0.7) val_size = int(len(data) * 0.2) test_size = len(data) - train_size - val_size train_data = data[:train_size] val_data = data[train_size:train_size+val_size] test_data = data[train_size+val_size:] # 数据预处理 x_train, y_train, scaler = prepare_data(train_data, seq_len) x_val, y_val, _ = prepare_data(val_data, seq_len) x_test, y_test, _ = prepare_data(test_data, seq_len) # 训练模型并计算适应度 model, train_loss, val_loss = train_model(x_train, y_train, x_val, y_val, best_params) fitness = predict_and_fitness(model, x_test, y_test, scaler) # 更新最优超参数组合 if fitness > best_fitness: best_fitness = fitness print('Iteration %d, best fitness: %.4f' % (i+1, best_fitness)) best_model = model best_scaler = scaler # 判断是否达到停止条件 if best_fitness >= stop_fitness: print('Search stopped, best fitness: %.4f' % best_fitness) break # 随机选取一组超参数组合,并更新搜索空间 new_params = {} for param in ['hidden_size', 'num_layers', 'dropout', 'learning_rate', 'batch_size']: new_params[param] = random.choice(eval(param+'_list')) if new_params[param] != best_params[param]: eval(param+'_list').append(best_params[param]) eval(param+'_list').remove(new_params[param]) best_params = new_params # 在测试集上输出预测结果和真实值 device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') best_model.eval() with torch.no_grad(): x_test_batch = torch.FloatTensor(x_test).to(device) y_test_batch = torch.FloatTensor(y_test).to(device) output = best_model(x_test_batch) y_pred = best_scaler.inverse_transform(output.cpu().numpy()) y_true = best_scaler.inverse_transform(y_test_batch.cpu().numpy()) result = pd.DataFrame({'y_true': y_true.reshape(-1), 'y_pred': y_pred.reshape(-1)}) print(result) return best_model, best_scaler ``` 其中,`data`为股票价格序列,`seq_len`为序列长度。在`sparrow_search`函数中,先根据超参数搜索空间定义初始的超参数组合,然后不断使用麻雀搜索算法在搜索空间中随机采样一组超参数组合,并训练LSTM模型。每次训练后,在测试集上计算适应度,并更新最优超参数组合。如果达到停止条件,则停止搜索,返回最优的LSTM模型和数据归一化器。最后,在测试集上输出预测结果和真实值。
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