Python实现WOA智能鲸鱼优化算法优化循环神经网络回归模型(LSTM回归算法)项目实战

说明:这是一个机器学习实战项目(附带数据+代码+文档+视频讲解 ),如需数据+代码+文档+视频讲解可以直接到文章最后获取。

1.项目背景

鲸鱼优化算法 (whale optimization algorithm,WOA)是 2016 年由澳大利亚格里菲斯大学的Mirjalili 等提出的一种新的群体智能优化算法,其优点在于操作简单,调整的参数少以及跳出局部最优的能力强。

本项目通过WOA智能鲸鱼优化算法寻找最优的参数值来优化LSTM回归模型。

2.数据获取

本次建模数据来源于网络(本项目撰写人整理而成),数据项统计如下:

|--------|----------|--------|
| 编号 | 变量名称 | 描述 |
| 1 | x1 | |
| 2 | x2 | |
| 3 | x3 | |
| 4 | x4 | |
| 5 | x5 | |
| 6 | x6 | |
| 7 | x7 | |
| 8 | x8 | |
| 9 | x9 | |
| 10 | x10 | |
| 11 | y | 因变量 |

数据详情如下(部分展示):

3.数据预处理

3.1 用Pandas工具查看数据

使用Pandas工具的head()方法查看前五行数据:

关键代码:

3.2 数据缺失查看

使用Pandas工具的info()方法查看数据信息:

从上图可以看到,总共有11个变量,数据中无缺失值,共2000条数据。

关键代码:

3.3 数据描述性统计

通过Pandas工具的describe()方法来查看数据的平均值、标准差、最小值、分位数、最大值。

关键代码如下:

4.探索性数据分析

4.1 y变量直方图

用Matplotlib工具的hist()方法绘制直方图:

从上图可以看到,y变量主要集中在-400~400之间。

4.2 相关性分析

从上图中可以看到,数值越大相关性越强,正值是正相关、负值是负相关。

5.特征工程

5.1 建立特征数据和标签数据

关键代码如下:

5.2 数据集拆分

通过train_test_split()方法按照80%训练集、20%测试集进行划分,关键代码如下:

5.3 数据样本增维

数据样本增加维度后的数据形状:

6.构建WOA智能鲸鱼优化算法优化LSTM回归模型

主要使用WOA智能鲸鱼优化算法优化LSTM回归算法,用于目标回归。

6.1 WOA智能鲸鱼优化算法寻找的最优参数

最优参数:

6.2 最优参数值构建模型

|--------|----------|----------------------------|
| 编号 | 模型名称 | 参数 |
| 1 | LSTM回归模型 | units=best_units |
| 2 | LSTM回归模型 | epochs=best_epochs |

6.3 最优参数模型摘要信息

6.4 最优参数模型网络结构

6.5 最优参数模型训练集测试集损失曲线图

7.模型评估

7.1 评估指标及结果

评估指标主要包括可解释方差值、平均绝对误差、均方误差、R方值等等。

|----------|----------|-----------|
| 模型名称 | 指标名称 | 指标值 |
| 测试集 |||
| LSTM回归模型 | R方 | 0.9499 |
| LSTM回归模型 | 均方误差 | 2238.7959 |
| LSTM回归模型 | 可解释方差值 | 0.9501 |
| LSTM回归模型 | 平均绝对误差 | 25.2921 |

从上表可以看出,R方0.9499,为模型效果较好。

关键代码如下:

7.2 真实值与预测值对比图

从上图可以看出真实值和预测值波动基本一致,模型拟合效果良好。

8.结论与展望

综上所述,本文采用了WOA智能鲸鱼优化算法寻找LSTM回归算法的最优参数值来构建回归模型,最终证明了我们提出的模型效果良好。此模型可用于日常产品的预测。

python 复制代码
# 本次机器学习项目实战所需的资料,项目资源如下:
 
# 项目说明:

链接:https://pan.baidu.com/s/1CMednmx3r9L-6Ao-Z9bMZg 
提取码:5zes

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