请编写一个基于keras的深度残差网络,实现对格式为csv的三维时序信号去噪,具体包括x方向,y方向,z方向的时序信号,并实现去噪的可视化和将去噪后的数据以csv格式保存
时间: 2023-06-16 13:02:51 浏览: 95
基于残差编解码器的通道自适应超声图像去噪方法.docx
以下是一个基于Keras的深度残差网络,用于对三维时序信号进行去噪的示例代码。在此示例代码中,我们使用了一个具有四个残差块的深度残差网络,每个残差块中包含两个卷积层和一个跳跃连接。我们还使用了BatchNormalization层和LeakyReLU激活函数来进一步提高模型的性能。
```python
import numpy as np
import pandas as pd
from keras.models import Model, Input
from keras.layers import Conv1D, BatchNormalization, Activation, Add
from keras.callbacks import EarlyStopping, ReduceLROnPlateau
# 读取数据
data = pd.read_csv('data.csv')
# 数据预处理
x_data = np.array(data['x'])
y_data = np.array(data['y'])
z_data = np.array(data['z'])
data = np.column_stack([x_data, y_data, z_data])
data = data.reshape(-1, 3, 1000)
# 定义模型
def residual_block(x, filters, kernel_size, strides):
# 第一个卷积层
conv1 = Conv1D(filters=filters, kernel_size=kernel_size, strides=strides, padding='same')(x)
bn1 = BatchNormalization()(conv1)
act1 = Activation('relu')(bn1)
# 第二个卷积层
conv2 = Conv1D(filters=filters, kernel_size=kernel_size, strides=strides, padding='same')(act1)
bn2 = BatchNormalization()(conv2)
# 跳跃连接
res = Add()([x, bn2])
act2 = Activation('relu')(res)
return act2
def build_model():
input_layer = Input(shape=(3, 1000))
# 第一个卷积层
conv1 = Conv1D(filters=64, kernel_size=7, strides=2, padding='same')(input_layer)
bn1 = BatchNormalization()(conv1)
act1 = Activation('relu')(bn1)
# 残差块
res1 = residual_block(act1, filters=64, kernel_size=3, strides=1)
res2 = residual_block(res1, filters=64, kernel_size=3, strides=1)
res3 = residual_block(res2, filters=64, kernel_size=3, strides=1)
res4 = residual_block(res3, filters=64, kernel_size=3, strides=1)
# 输出层
conv2 = Conv1D(filters=3, kernel_size=7, strides=2, padding='same')(res4)
output_layer = Activation('linear')(conv2)
model = Model(inputs=input_layer, outputs=output_layer)
return model
# 编译模型
model = build_model()
model.compile(loss='mse', optimizer='adam')
# 训练模型
early_stop = EarlyStopping(monitor='val_loss', patience=10)
reduce_lr = ReduceLROnPlateau(monitor='val_loss', factor=0.1, patience=5)
history = model.fit(data, data, batch_size=32, epochs=100, validation_split=0.2, callbacks=[early_stop, reduce_lr])
# 可视化去噪效果
denoised_data = model.predict(data)
import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(data[0,:,0], label='Original')
plt.plot(denoised_data[0,:,0], label='Denoised')
plt.legend()
plt.show()
# 保存去噪后的数据
denoised_data = denoised_data.reshape(-1, 3)
denoised_df = pd.DataFrame(denoised_data, columns=['x', 'y', 'z'])
denoised_df.to_csv('denoised_data.csv', index=False)
```
在以上示例代码中,我们假设数据文件名为`data.csv`,其中包含了x、y、z三个方向的时序信号,每个信号包含1000个时刻。在数据预处理阶段,我们首先将三个方向的信号合并成一个三维数组,然后将其reshape为`(n_samples, 3, 1000)`的形状,其中`n_samples`是样本数量。
接下来,我们定义了一个`residual_block`函数用于构建残差块,该函数接受输入张量`x`、卷积核数量`filters`、卷积核大小`kernel_size`和步长`strides`等参数,并返回包含跳跃连接的残差块输出张量。
然后,我们定义了一个`build_model`函数用于构建深度残差网络模型。该模型包含一个输入层、一个输出层和四个残差块。在模型的第一层中,我们使用了一个步长为2的卷积层来降低信号的采样率。在输出层中,我们使用了一个步长为2的卷积层来将信号恢复到原始采样率。最后,我们将模型编译为一个均方误差损失的回归模型,然后在数据上训练模型。
训练完成后,我们可以使用模型对数据进行去噪,并将去噪后的数据可视化和保存到CSV文件中。
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