请提供pytorch架构程序示例,要求:评估LSTM、BP、RBF人工神经网络的多步预测X效果,集RMSE;输入数据集从EXCEL表读取,表有7个特征变量,最后一个是target,预测时间步是30

时间: 2024-03-17 07:42:31 浏览: 105
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pytorch利用LSTM实现对股票进行多变量多步预测

好的,以下是一个简单的PyTorch程序示例,演示如何使用LSTM、BP和RBF人工神经网络进行多步预测,并计算RMSE。该程序将从Excel表中读取数据集,数据集有7个特征变量,最后一个是目标变量,预测时间步为30。请注意,该程序仅供参考,您可能需要根据您的具体情况进行修改。 ```python import torch import torch.nn as nn import pandas as pd import numpy as np from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler from sklearn.metrics import mean_squared_error # 从Excel表中读取数据集 data = pd.read_excel('data.xlsx', header=None) data = np.array(data) # 将数据集归一化 scaler = MinMaxScaler(feature_range=(-1, 1)) data = scaler.fit_transform(data) # 定义模型的超参数 input_size = 7 hidden_size = 64 output_size = 1 num_layers = 2 seq_length = 30 learning_rate = 0.01 num_epochs = 100 # 将数据集转换为PyTorch张量 data = torch.from_numpy(data).float() # 将数据集分成训练集和测试集 train_size = int(len(data) * 0.8) test_size = len(data) - train_size train_data = data[:train_size] test_data = data[train_size:] # 定义LSTM模型 class LSTM(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size, num_layers): super(LSTM, self).__init__() self.hidden_size = hidden_size self.num_layers = num_layers 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).requires_grad_() c0 = torch.zeros(self.num_layers, x.size(0), self.hidden_size).requires_grad_() out, (hn, cn) = self.lstm(x, (h0.detach(), c0.detach())) out = self.fc(out[:, -1, :]) return out # 定义BP模型 class BP(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): super(BP, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(input_size, hidden_size) self.relu = nn.ReLU() self.fc2 = nn.Linear(hidden_size, output_size) def forward(self, x): out = self.fc1(x) out = self.relu(out) out = self.fc2(out) return out # 定义RBF模型 class RBF(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): super(RBF, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(input_size, hidden_size) self.rbf = nn.RBF(hidden_size, output_size) def forward(self, x): out = self.fc1(x) out = self.rbf(out) return out # 创建LSTM、BP和RBF模型,并定义损失函数和优化器 lstm_model = LSTM(input_size, hidden_size, output_size, num_layers) bp_model = BP(input_size, hidden_size, output_size) rbf_model = RBF(input_size, hidden_size, output_size) criterion = nn.MSELoss() lstm_optimizer = torch.optim.Adam(lstm_model.parameters(), lr=learning_rate) bp_optimizer = torch.optim.Adam(bp_model.parameters(), lr=learning_rate) rbf_optimizer = torch.optim.Adam(rbf_model.parameters(), lr=learning_rate) # 训练LSTM模型 for epoch in range(num_epochs): for i in range(0, train_data.size(0) - seq_length, seq_length): input_seq = train_data[i:i+seq_length, :-1] target_seq = train_data[i:i+seq_length, -1:] lstm_optimizer.zero_grad() lstm_output = lstm_model(input_seq.unsqueeze(0)) lstm_loss = criterion(lstm_output, target_seq.unsqueeze(0)) lstm_loss.backward() lstm_optimizer.step() if (epoch+1) % 10 == 0: print('Epoch [{}/{}], Loss: {:.4f}'.format(epoch+1, num_epochs, lstm_loss.item())) # 训练BP模型 for epoch in range(num_epochs): for i in range(0, train_data.size(0) - seq_length, seq_length): input_seq = train_data[i:i+seq_length, :-1] target_seq = train_data[i:i+seq_length, -1:] bp_optimizer.zero_grad() bp_output = bp_model(input_seq) bp_loss = criterion(bp_output, target_seq) bp_loss.backward() bp_optimizer.step() if (epoch+1) % 10 == 0: print('Epoch [{}/{}], Loss: {:.4f}'.format(epoch+1, num_epochs, bp_loss.item())) # 训练RBF模型 for epoch in range(num_epochs): for i in range(0, train_data.size(0) - seq_length, seq_length): input_seq = train_data[i:i+seq_length, :-1] target_seq = train_data[i:i+seq_length, -1:] rbf_optimizer.zero_grad() rbf_output = rbf_model(input_seq) rbf_loss = criterion(rbf_output, target_seq) rbf_loss.backward() rbf_optimizer.step() if (epoch+1) % 10 == 0: print('Epoch [{}/{}], Loss: {:.4f}'.format(epoch+1, num_epochs, rbf_loss.item())) # 使用训练好的模型进行多步预测 lstm_preds = [] bp_preds = [] rbf_preds = [] with torch.no_grad(): lstm_input = train_data[-seq_length:, :-1] for i in range(seq_length): lstm_output = lstm_model(lstm_input.unsqueeze(0)) lstm_preds.append(lstm_output.item()) lstm_input = torch.cat((lstm_input[1:, :], lstm_output), axis=0) bp_input = train_data[-seq_length:, :-1] for i in range(seq_length): bp_output = bp_model(bp_input) bp_preds.append(bp_output.item()) bp_input = torch.cat((bp_input[1:, :], bp_output), axis=0) rbf_input = train_data[-seq_length:, :-1] for i in range(seq_length): rbf_output = rbf_model(rbf_input) rbf_preds.append(rbf_output.item()) rbf_input = torch.cat((rbf_input[1:, :], rbf_output), axis=0) # 计算RMSE train_data = scaler.inverse_transform(train_data) lstm_preds = scaler.inverse_transform(np.array(lstm_preds).reshape(-1, 1)) bp_preds = scaler.inverse_transform(np.array(bp_preds).reshape(-1, 1)) rbf_preds = scaler.inverse_transform(np.array(rbf_preds).reshape(-1, 1)) lstm_rmse = np.sqrt(mean_squared_error(train_data[:, -1], lstm_preds[:, 0])) bp_rmse = np.sqrt(mean_squared_error(train_data[:, -1], bp_preds[:, 0])) rbf_rmse = np.sqrt(mean_squared_error(train_data[:, -1], rbf_preds[:, 0])) print('LSTM RMSE: {:.4f}'.format(lstm_rmse)) print('BP RMSE: {:.4f}'.format(bp_rmse)) print('RBF RMSE: {:.4f}'.format(rbf_rmse)) ```
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