whale_optimization、gru_loss、gru_predict函数在matlab中分别怎么写

1. whale_optimization

在 Matlab 中实现鲸鱼优化算法（Whale Optimization Algorithm）需要先定义目标函数。以下是一个简单的示例：

function f = obj_fun(x)
    f = x(1)^2 + x(2)^2;
end

然后，可以使用以下代码来实现鲸鱼优化算法：

function [bestSol, bestFitness] = whale_optimization(obj_fun, nVar, lb, ub)
    % 参数说明：
    % obj_fun：目标函数句柄
    % nVar：变量个数
    % lb：每个变量的下限
    % ub：每个变量的上限

    % 初始化种群
    popSize = 10;
    maxIter = 100;
    emptyWhale.Position = [];
    emptyWhale.Fitness = [];
    pop = repmat(emptyWhale, popSize, 1);
    for i = 1:popSize
        pop(i).Position = unifrnd(lb, ub, 1, nVar);
        pop(i).Fitness = obj_fun(pop(i).Position);
    end

    % 迭代优化
    for it = 1:maxIter
        for i = 1:popSize
            % 更新位置
            A = 2 * rand(1, nVar) - 1;
            C = 2 * rand(1, nVar);
            l = rand();
            p = rand();
            for j = 1:nVar
                if p < 0.5
                    if abs(A(j)) >= 1
                        rand_leader_index = floor(popSize * rand() + 1);
                        X_rand = pop(rand_leader_index).Position;
                        D_X_rand = abs(C(j) * X_rand(j) - pop(i).Position(j));
                        pop(i).Position(j) = X_rand(j) - A(j) * D_X_rand;
                    else
                        D_Leader = abs(C(j) * bestSol.Position(j) - pop(i).Position(j));
                        pop(i).Position(j) = bestSol.Position(j) - A(j) * D_Leader;
                    end
                else
                    dist = abs(bestSol.Position(j) - pop(i).Position(j));
                    pop(i).Position(j) = dist * exp(b * l) * cos(2 * pi * l) + bestSol.Position(j);
                end
            end

            % 对位置进行限制
            pop(i).Position = max(pop(i).Position, lb);
            pop(i).Position = min(pop(i).Position, ub);

            % 更新适应度
            pop(i).Fitness = obj_fun(pop(i).Position);

            % 更新最优解
            if pop(i).Fitness < bestSol.Fitness
                bestSol = pop(i);
            end
        end
    end

    % 返回最优解及其适应度
    bestFitness = bestSol.Fitness;
    bestSol = bestSol.Position;
end

2. gru_loss

在 Matlab 中实现 GRU 模型的损失函数需要使用交叉熵损失函数。以下是一个简单的示例：

function loss = gru_loss(y_pred, y_true)
    % 参数说明：
    % y_pred：模型预测结果，大小为 [batch_size, num_classes]
    % y_true：真实标签，大小为 [batch_size, num_classes]

    eps = 1e-10;
    y_pred = max(min(y_pred, 1 - eps), eps); % 防止出现 log(0) 的情况
    loss = -sum(y_true .* log(y_pred), 2);
end

3. gru_predict

在 Matlab 中使用 GRU 模型进行预测需要先定义模型。以下是一个示例：

function model = gru_model(num_classes)
    % 参数说明：
    % num_classes：分类数

    inputSize = 100;
    hiddenSize = 64;
    outputSize = num_classes;

    model = struct();
    model.Wx = randn(inputSize, hiddenSize);
    model.Wh = randn(hiddenSize, hiddenSize);
    model.b = zeros(1, hiddenSize);

    model.Wy = randn(hiddenSize, outputSize);
    model.by = zeros(1, outputSize);
end

然后，可以使用以下代码进行预测：

function y_pred = gru_predict(model, X)
    % 参数说明：
    % model：GRU 模型
    % X：输入数据，大小为 [batch_size, inputSize, sequence_length]

    [batch_size, inputSize, sequence_length] = size(X);
    hiddenSize = size(model.Wx, 2);
    outputSize = size(model.Wy, 2);
    h = zeros(batch_size, hiddenSize);

    for t = 1:sequence_length
        x_t = reshape(X(:, :, t), [batch_size, inputSize]);
        z_t = sigmoid(x_t * model.Wx + h * model.Wh + model.b);
        r_t = sigmoid(x_t * model.Wxr + h * model.Whr + model.br);
        h_tilde_t = tanh(x_t * model.Wxh + (r_t .* h) * model.Whh + model.bh);
        h = (1 - z_t) .* h + z_t .* h_tilde_t;
    end

    y_pred = softmax(h * model.Wy + model.by);
end