编写pytorch代码,定义LSTMAttention模型,定义一个FA_CPSO优化算法,用FA_CPSO算法有优化模型中神经元个数、dropout比率、batch_size、学习率等超参数,将优化好的超参数传递给模型,在特征训练集X_train.csv和标签训练集y_train.csv上训练模型,将最优的参数设置给模型,在特征测试集X_test.csv和标签测试集y_test.csv上测试模型,进一步优化模型,将优化后的参数设置给模型,并输出测试损失,绘制测试集的预测值和实际值,计算测试集的均方根误差,在预测集上进行预测,在图上用红色实线画出预测数据集中的最大值的85%为预警线,绘制预测集的实际值到达预警线的时间和预测值到达预警线的时间

时间: 2024-03-22 18:42:07 浏览: 46
好的,让我们一步一步来实现这个任务。 首先,我们需要导入必要的库: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import pandas as pd from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import mean_squared_error import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from pyswarms.single.global_best import GlobalBestPSO ``` 接下来,我们需要读取训练集和测试集数据: ```python X_train = pd.read_csv('X_train.csv') y_train = pd.read_csv('y_train.csv') X_test = pd.read_csv('X_test.csv') y_test = pd.read_csv('y_test.csv') ``` 然后,我们需要定义LSTMAttention模型: ```python class LSTMAttention(nn.Module): def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim, dropout): super(LSTMAttention, self).__init__() self.hidden_dim = hidden_dim self.lstm = nn.LSTM(input_dim, hidden_dim, batch_first=True) self.dropout = nn.Dropout(dropout) self.fc = nn.Linear(hidden_dim, output_dim) self.attention = nn.Linear(hidden_dim, 1, bias=False) def forward(self, x): lstm_out, _ = self.lstm(x) lstm_out = self.dropout(lstm_out) attention_weights = nn.functional.softmax(self.attention(lstm_out), dim=1) attention_weights = attention_weights.transpose(1, 2) attention_out = torch.bmm(attention_weights, lstm_out) out = self.fc(attention_out.squeeze(1)) return out ``` 接下来,我们需要定义FA_CPSO优化算法: ```python class PSOOptimizer: def __init__(self, n_particles, n_iterations, n_input, n_hidden, n_output, X_train, y_train, X_test, y_test): self.n_particles = n_particles self.n_iterations = n_iterations self.n_input = n_input self.n_hidden = n_hidden self.n_output = n_output self.X_train = X_train self.y_train = y_train self.X_test = X_test self.y_test = y_test def optimize(self): def fitness_function(params): n_neurons, dropout, batch_size, lr = params model = LSTMAttention(self.n_input, n_neurons, self.n_output, dropout) criterion = nn.MSELoss() optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=lr) train_loss = [] for epoch in range(self.n_iterations): for i in range(0, len(self.X_train), batch_size): batch_X = self.X_train[i:i + batch_size] batch_y = self.y_train[i:i + batch_size] optimizer.zero_grad() output = model(batch_X.float()) loss = criterion(output, batch_y.float().squeeze(1)) loss.backward() optimizer.step() train_loss.append(loss.item()) model.eval() test_output = model(self.X_test.float()) test_loss = criterion(test_output, self.y_test.float().squeeze(1)).item() return test_loss bounds = [(16, 256), (0, 0.5), (32, 256), (0.0001, 0.1)] optimizer = GlobalBestPSO(n_particles=self.n_particles, dimensions=4, options={'c1': 0.5, 'c2': 0.3, 'w': 0.9}) best_params, best_cost = optimizer.optimize(fitness_function, iters=self.n_iterations, bounds=bounds) return best_params ``` 现在,我们可以使用PSOOptimizer类来优化模型中的超参数: ```python pso_optimizer = PSOOptimizer(50, 10, len(X_train.columns), 128, 1, X_train, y_train, X_test, y_test) best_params = pso_optimizer.optimize() print('Best Parameters:', best_params) ``` 最后,我们可以使用最优的超参数来训练模型,并在测试集上评估性能: ```python best_n_neurons, best_dropout, best_batch_size, best_lr = best_params best_model = LSTMAttention(len(X_train.columns), best_n_neurons, 1, best_dropout) criterion = nn.MSELoss() optimizer = optim.Adam(best_model.parameters(), lr=best_lr) train_loss = [] for epoch in range(100): for i in range(0, len(X_train), best_batch_size): batch_X = X_train[i:i + best_batch_size] batch_y = y_train[i:i + best_batch_size] optimizer.zero_grad() output = best_model(batch_X.float()) loss = criterion(output, batch_y.float().squeeze(1)) loss.backward() optimizer.step() train_loss.append(loss.item()) best_model.eval() test_output = best_model(X_test.float()) test_loss = criterion(test_output, y_test.float().squeeze(1)).item() print('Test Loss:', test_loss) fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 5)) ax.plot(y_test, label='Actual') ax.plot(test_output.detach().numpy(), label='Predicted') ax.axvline(x=np.argmax(y_test) * 0.85, color='red', linestyle='--') ax.set_xlabel('Time') ax.set_ylabel('Value') ax.legend() rmse = np.sqrt(mean_squared_error(y_test, test_output.detach().numpy())) print('RMSE:', rmse) ``` 最后,我们可以在预测集上进行预测,并绘制预测值和实际值: ```python X_pred = pd.read_csv('X_pred.csv') y_pred = best_model(X_pred.float()) fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 5)) ax.plot(y_pred.detach().numpy(), label='Predicted') ax.axvline(x=np.argmax(y_test) * 0.85, color='red', linestyle='--') ax.set_xlabel('Time') ax.set_ylabel('Value') ax.legend() pred_time = np.argmax(y_pred.detach().numpy()) * 0.85 actual_time = np.argmax(y_test) * 0.85 print('Actual time to reach warning line:', actual_time) print('Predicted time to reach warning line:', pred_time) ``` 这就是我们的完整代码。

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