用pytorch写一个天气预测的代码,用LSTM或CNN,读取天气中的csv文件,由时间和气温两列数据,区分训练集和测试集,用gpu训练,输入为60天的天气,输出为某一天的天气,并画出实际曲线和预测曲线图

时间: 2023-10-09 16:14:59 浏览: 44
好的,以下是代码实现: 首先,我们需要导入必要的库: ```python import torch import torch.nn as nn import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt ``` 然后,我们需要读取天气数据,将其分为训练集和测试集。这里我们使用 pandas 库来读取 csv 文件,并将时间和气温两列数据提取出来。具体实现如下: ```python # 读取天气数据 data = pd.read_csv('weather.csv') # 提取时间和气温两列数据 time = data['time'].values.reshape(-1, 1) temp = data['temp'].values.reshape(-1, 1) # 将数据归一化 from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler scaler = MinMaxScaler(feature_range=(0, 1)) temp = scaler.fit_transform(temp) # 将数据分为训练集和测试集 train_size = int(len(temp) * 0.8) # 80% 的数据作为训练集 test_size = len(temp) - train_size train_data, test_data = temp[0:train_size,:], temp[train_size:len(temp),:] ``` 接下来,我们可以定义一个函数来生成训练数据和测试数据。这里我们以输入 60 天的天气数据来预测下一天的气温为例。具体实现如下: ```python def create_dataset(dataset, look_back): dataX, dataY = [], [] for i in range(len(dataset)-look_back-1): a = dataset[i:(i+look_back), 0] dataX.append(a) dataY.append(dataset[i + look_back, 0]) return np.array(dataX), np.array(dataY) # 设置参数 look_back = 60 batch_size = 32 trainX, trainY = create_dataset(train_data, look_back) testX, testY = create_dataset(test_data, look_back) # 将数据转换为 tensor 类型,并移动到 GPU 上 trainX = torch.from_numpy(trainX).float().to('cuda') trainY = torch.from_numpy(trainY).float().to('cuda') testX = torch.from_numpy(testX).float().to('cuda') testY = torch.from_numpy(testY).float().to('cuda') ``` 现在,我们可以定义一个 LSTM 模型来进行天气预测。具体实现如下: ```python class LSTM(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): super(LSTM, self).__init__() self.hidden_size = hidden_size self.lstm = nn.LSTM(input_size, hidden_size, batch_first=True) self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size) def forward(self, x): h0 = torch.zeros(1, x.size(0), self.hidden_size).to('cuda') c0 = torch.zeros(1, x.size(0), self.hidden_size).to('cuda') out, _ = self.lstm(x, (h0, c0)) out = self.fc(out[:, -1, :]) return out # 设置模型参数 input_size = 1 hidden_size = 64 output_size = 1 model = LSTM(input_size, hidden_size, output_size).to('cuda') # 设置训练参数 learning_rate = 0.001 num_epochs = 100 criterion = nn.MSELoss() optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=learning_rate) ``` 接下来,我们可以开始训练模型。具体实现如下: ```python # 训练模型 train_loss = [] test_loss = [] for epoch in range(num_epochs): # 训练模型 model.train() train_pred = model(trainX) loss = criterion(train_pred, trainY) optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() train_loss.append(loss.item()) # 测试模型 model.eval() test_pred = model(testX) loss = criterion(test_pred, testY) test_loss.append(loss.item()) # 打印训练信息 if (epoch+1) % 10 == 0: print('Epoch [{}/{}], Train Loss: {:.4f}, Test Loss: {:.4f}' .format(epoch+1, num_epochs, train_loss[-1], test_loss[-1])) ``` 最后,我们可以使用训练好的模型来进行天气预测,并将实际曲线和预测曲线画出来。具体实现如下: ```python # 进行天气预测 model.eval() train_predict = model(trainX) test_predict = model(testX) train_predict = scaler.inverse_transform(train_predict.cpu().detach().numpy()) trainY = scaler.inverse_transform(trainY.cpu().detach().numpy()) test_predict = scaler.inverse_transform(test_predict.cpu().detach().numpy()) testY = scaler.inverse_transform(testY.cpu().detach().numpy()) # 画出实际曲线和预测曲线 plt.figure(figsize=(10, 5)) plt.plot(time[look_back:train_size], trainY, label='Train') plt.plot(time[train_size+look_back+1:], testY, label='Test') plt.plot(time[look_back:train_size], train_predict, label='Train Predict') plt.plot(time[train_size+look_back+1:], test_predict, label='Test Predict') plt.xlabel('Time') plt.ylabel('Temperature') plt.legend() plt.show() ``` 完整代码如下: ```python import torch import torch.nn as nn import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 读取天气数据 data = pd.read_csv('weather.csv') # 提取时间和气温两列数据 time = data['time'].values.reshape(-1, 1) temp = data['temp'].values.reshape(-1, 1) # 将数据归一化 from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler scaler = MinMaxScaler(feature_range=(0, 1)) temp = scaler.fit_transform(temp) # 将数据分为训练集和测试集 train_size = int(len(temp) * 0.8) # 80% 的数据作为训练集 test_size = len(temp) - train_size train_data, test_data = temp[0:train_size,:], temp[train_size:len(temp),:] def create_dataset(dataset, look_back): dataX, dataY = [], [] for i in range(len(dataset)-look_back-1): a = dataset[i:(i+look_back), 0] dataX.append(a) dataY.append(dataset[i + look_back, 0]) return np.array(dataX), np.array(dataY) # 设置参数 look_back = 60 batch_size = 32 trainX, trainY = create_dataset(train_data, look_back) testX, testY = create_dataset(test_data, look_back) # 将数据转换为 tensor 类型,并移动到 GPU 上 trainX = torch.from_numpy(trainX).float().to('cuda') trainY = torch.from_numpy(trainY).float().to('cuda') testX = torch.from_numpy(testX).float().to('cuda') testY = torch.from_numpy(testY).float().to('cuda') class LSTM(nn.Module): def __init__(self, input_size, hidden_size, output_size): super(LSTM, self).__init__() self.hidden_size = hidden_size self.lstm = nn.LSTM(input_size, hidden_size, batch_first=True) self.fc = nn.Linear(hidden_size, output_size) def forward(self, x): h0 = torch.zeros(1, x.size(0), self.hidden_size).to('cuda') c0 = torch.zeros(1, x.size(0), self.hidden_size).to('cuda') out, _ = self.lstm(x, (h0, c0)) out = self.fc(out[:, -1, :]) return out # 设置模型参数 input_size = 1 hidden_size = 64 output_size = 1 model = LSTM(input_size, hidden_size, output_size).to('cuda') # 设置训练参数 learning_rate = 0.001 num_epochs = 100 criterion = nn.MSELoss() optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=learning_rate) # 训练模型 train_loss = [] test_loss = [] for epoch in range(num_epochs): # 训练模型 model.train() train_pred = model(trainX) loss = criterion(train_pred, trainY) optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() train_loss.append(loss.item()) # 测试模型 model.eval() test_pred = model(testX) loss = criterion(test_pred, testY) test_loss.append(loss.item()) # 打印训练信息 if (epoch+1) % 10 == 0: print('Epoch [{}/{}], Train Loss: {:.4f}, Test Loss: {:.4f}' .format(epoch+1, num_epochs, train_loss[-1], test_loss[-1])) # 进行天气预测 model.eval() train_predict = model(trainX) test_predict = model(testX) train_predict = scaler.inverse_transform(train_predict.cpu().detach().numpy()) trainY = scaler.inverse_transform(trainY.cpu().detach().numpy()) test_predict = scaler.inverse_transform(test_predict.cpu().detach().numpy()) testY = scaler.inverse_transform(testY.cpu().detach().numpy()) # 画出实际曲线和预测曲线 plt.figure(figsize=(10, 5)) plt.plot(time[look_back:train_size], trainY, label='Train') plt.plot(time[train_size+look_back+1:], testY, label='Test') plt.plot(time[look_back:train_size], train_predict, label='Train Predict') plt.plot(time[train_size+look_back+1:], test_predict, label='Test Predict') plt.xlabel('Time') plt.ylabel('Temperature') plt.legend() plt.show() ``` 运行完毕后,应该可以得到一张类似下面这样的图: ![weather_prediction.png](attachment:weather_prediction.png)

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