import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from keras.models import Sequential from keras.layers import Dense, Flatten, Conv1D, MaxPooling1D from keras import backend as K # 生成正弦函数数据 x = np.linspace(0, 100, 1000) y = np.sin(2*x) # 将数据转换为卷积神经网络需要的格式 X = np.zeros((len(x), 10)) for i in range(len(x)): for j in range(10): X[i][j] = y[(i+j)%len(x)] X = np.reshape(X, (X.shape[0], X.shape[1], 1)) # 构建卷积神经网络模型 model = Sequential() model.add(Conv1D(filters=32, kernel_size=3, activation='relu', input_shape=(10,1))) model.add(MaxPooling1D(pool_size=2)) model.add(Flatten()) model.add(Dense(100, activation='relu')) model.add(Dense(1, activation='linear')) # 打印模型结构 model.summary() # 编译模型 model.compile(loss='mse', optimizer='adam') # 训练模型并可视化损失函数 history = model.fit(X, y, epochs=100, batch_size=32, validation_split=0.2) loss = history.history['loss'] val_loss = history.history['val_loss'] epochs = range(1, len(loss)+1) plt.plot(epochs, loss, 'bo', label='Training loss') plt.plot(epochs, val_loss, 'b', label='Validation loss') plt.title('Training and validation loss') plt.xlabel('Epochs') plt.ylabel('Loss') plt.legend() plt.show() # 预测并可视化结果 y_pred = model.predict(X) plt.plot(x, y, label='true') plt.plot(x, y_pred, label='predict') plt.legend() plt.show() # 定义一个函数，用于获取卷积层的输出 get_conv_output = K.function([model.layers[0].input], [model.layers[0].output]) # 获取卷积层的输出 conv_output = get_conv_output([X])[0] # 将输出可视化 plt.figure(figsize=(10, 10)) for i in range(32): plt.subplot(4, 8, i+1) plt.imshow(np.squeeze(conv_output[:, :, i]), cmap='gray') plt.show()

这段代码是一个简单的例子，用于演示如何使用一维卷积神经网络处理时间序列数据。

首先，生成了一个正弦函数的数据，然后将其转换为卷积神经网络需要的格式。具体地，将一个数据点的特征数量设置为 10，然后用每个数据点的前 10 个点作为输入特征，将后面的一个点作为输出。这样就得到了一个 1 维卷积神经网络的训练数据。

接着，构建了一个简单的卷积神经网络模型，包含一个一维卷积层、一个最大值池化层、一个 Flatten 层和两个全连接层。使用 MSE 作为损失函数进行编译，并对模型进行了训练和可视化。

最后，定义了一个函数用于获取卷积层的输出，然后获取了卷积层的输出，并将其可视化。这样可以更加直观地了解卷积层的特征提取能力。