基于CNN-LSSVM的数据回归预测

文摘   2024-07-25 08:30   湖南  

代码原理

基于CNN-LSSVM的数据回归预测是一种结合卷积神经网络(CNN)和Least Squares Support Vector Machine(LSSVM,最小二乘支持向量机)的混合模型,用于处理和预测时间序列数据或具有时序特征的数据。以下是该方法的简单原理及流程:

原理

(1)卷积神经网络(CNN):

  • 特征提取:CNN主要用于从输入数据中提取局部特征。通过多个卷积层和池化层,CNN能够有效地捕捉数据中的重要模式和特征。

(2)Least Squares Support Vector Machine(LSSVM):

  • 回归任务:LSSVM是一种支持向量机的扩展,用于回归问题。它通过最小化损失函数来拟合数据,并预测连续值,其优化过程基于支持向量回归的原理进行。

流程

(1)数据准备:

  • 数据收集:收集所需的时间序列数据或具有时序特征的数据,确保数据完整性和准确性。

  • 数据预处理:包括数据清洗、归一化,并将数据分割成训练集和测试集等步骤。

(2)构建模型:

  • 输入层:将预处理后的数据输入模型。

  • 卷积层:使用多个卷积层从输入数据中提取局部特征。每个卷积层之后可能会接一个池化层,以减少特征维度,降低计算复杂度。

  • 特征提取:从卷积层输出的特征图中提取有意义的特征向量。

(3)LSSVM回归:

  • 特征向量输入:将卷积层提取的特征向量作为LSSVM的输入。

  • 模型训练:使用训练集训练LSSVM模型,调整模型参数以最小化预测误差。

(4)模型评估:

  • 测试集评估:使用测试集评估模型的预测性能,通常使用均方误差或其他回归指标来评估模型的准确性和泛化能力。

(5)预测和应用:

  • 实际预测:将新数据输入训练好的模型,使用LSSVM进行回归预测。

  • 应用场景:根据具体应用需求,将预测结果用于实际业务决策或其他相关领域。

  • 通过结合CNN的特征提取能力和LSSVM的回归预测能力,该混合模型能够有效地处理具有时序特征的数据,并提供精确的回归预测结果。

部分代码

%%  清空环境变量warning off             % 关闭报警信息close all               % 关闭开启的图窗clear                   % 清空变量clc  addpath(genpath(pwd));%% 导入数据data =  readmatrix('回归数据集.xlsx');data = data(:,1:14);res=data(randperm(size(data,1)),:);    %此行代码用于打乱原始样本,使训练集测试集随机被抽取,有助于更新预测结果。num_samples = size(res,1);   %样本个数% 训练集和测试集划分outdim = 1;                                  % 最后一列为输出num_size = 0.7;                              % 训练集占数据集比例num_train_s = round(num_size * num_samples); % 训练集样本个数f_ = size(res, 2) - outdim;                  % 输入特征维度P_train = res(1: num_train_s, 1: f_)';T_train = res(1: num_train_s, f_ + 1: end)';M = size(P_train, 2);P_test = res(num_train_s + 1: end, 1: f_)';T_test = res(num_train_s + 1: end, f_ + 1: end)';N = size(P_test, 2);%  数据归一化[p_train, ps_input] = mapminmax(P_train, 0, 1);p_test = mapminmax('apply', P_test, ps_input);[t_train, ps_output] = mapminmax(T_train, 0, 1);t_test = mapminmax('apply', T_test, ps_output);%%  数据平铺trainD =  double(reshape(p_train,size(p_train,1),1,1,size(p_train,2)));testD  =  double(reshape(p_test,size(p_test,1),1,1,size(p_test,2)));targetD =  t_train;targetD_test  =  t_test;%  创建CNN网络,layers = [    imageInputLayer([size(p_train,1) 1 1], "Name","sequence")    convolution2dLayer([3,1],16,'Padding','same')         % 卷积核大小为3*1 生成16个卷积    batchNormalizationLayer                               % 批归一化层    reluLayer                                             %relu激活函数    maxPooling2dLayer([2 1],'Stride',1, "Name", "pool1")  % 最大池化层 大小为3*1 步长为1    convolution2dLayer([2 1], 32, "Name", "conv_2")       % 卷积核大小为2*1 生成32个卷积    batchNormalizationLayer                               % 批归一化层    reluLayer                                             % relu激活层    maxPooling2dLayer([2 1],'Stride',1, "Name", "pool2")  % 最大池化层 大小为2*2 步长为2    fullyConnectedLayer(25) % 全连接层神经元    reluLayer                       %relu激活函数    fullyConnectedLayer(1)      % 输出层神经元    regressionLayer];%添加回归层,用于计算损失值

代码效果图








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MATLAB科研小白
信号处理方向在校博士研究生,目前专研于MATLAB算法及科学绘图等,熟知各种信号分解算法、神经网络时序预测算法、数据拟合算法以及滤波算法。提供一个可以相互学习相互进步的平台
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