基于GA遗传优化的CNN-GRU的时间序列回归预测matlab仿真

目录

1.算法运行效果图预览

2.算法运行软件版本

3.部分核心程序

4.算法理论概述

[4.1 CNN-GRU模型架构](#4.1 CNN-GRU模型架构)

[4.2 GA优化CNN-GRU流程](#4.2 GA优化CNN-GRU流程)

5.算法完整程序工程


1.算法运行效果图预览

2.算法运行软件版本

MATLAB2022a

3.部分核心程序

复制代码
...................................................................
figure
plot(Error2,'linewidth',2);
grid on
xlabel('迭代次数');
ylabel('遗传算法优化过程');
legend('Average fitness');



[V,I] = min(JJ);
X     = phen1(I,:);

LR             = X(1);
numHiddenUnits1 = floor(X(2))+1;% 定义隐藏层中LSTM单元的数量
numHiddenUnits2 = floor(X(3))+1;% 定义隐藏层中LSTM单元的数量
%CNN-GRU
layers = func_model2(Dim,numHiddenUnits1,numHiddenUnits2);
%训练
[Net,INFO] = trainNetwork(Nsp_train2, NTsp_train, layers, options);
IT  =[1:length(INFO.TrainingLoss)];
Accuracy=INFO.TrainingRMSE;
figure;
plot(IT(1:1:end),Accuracy(1:1:end));
xlabel('epoch');
ylabel('RMSE');
%数据预测
Dpre1 = predict(Net, Nsp_train2);
Dpre2 = predict(Net, Nsp_test2);

%归一化还原
T_sim1=Dpre1*Vmax2;
T_sim2=Dpre2*Vmax2;


%网络结构
analyzeNetwork(Net)


figure
subplot(211);
plot(1: Num1, Tat_train,'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);
hold on
plot(1: Num1, T_sim1,'g',...
    'LineWidth',2,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);

legend('真实值', '预测值')
xlabel('预测样本')
ylabel('预测结果')
grid on

subplot(212);
plot(1: Num1, Tat_train-T_sim1','-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);
 
xlabel('预测样本')
ylabel('预测误差')
grid on
ylim([-50,50]);



figure
subplot(211);
plot(1: Num2, Tat_test,'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);
hold on
plot(1: Num2, T_sim2,'g',...
    'LineWidth',2,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);
legend('真实值', '预测值')
xlabel('测试样本')
ylabel('测试结果')
grid on

subplot(212);
plot(1: Num2, Tat_test-T_sim2','-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);
 
xlabel('预测样本')
ylabel('预测误差')
grid on
ylim([-50,50]);


save R2.mat Num2 Tat_test T_sim2 IT Accuracy Error2
141

4.算法理论概述

基于遗传算法(Genetic Algorithm, GA)优化的CNN-GRU(卷积神经网络-门控循环单元)时间序列回归预测模型,是融合了遗传算法的优化能力和深度学习模型的表达力的一种高级预测框架。该模型通过结合CNN在特征提取上的优势和GRU在处理序列数据中的高效记忆机制,实现了对时间序列数据的深入理解和未来值的精确预测。同时,利用遗传算法对模型超参数进行优化,能够进一步提升模型的预测性能。

遗传算法是一种借鉴自然选择和遗传机制的启发式搜索算法,通过模拟生物进化过程中的"选择"、"交叉"(杂交)、"变异"等操作,来寻找问题的最优解。在CNN-GRU模型的超参数优化中,GA的目标是探索出能使模型预测性能(如均方误差最小化或准确率最大化)最佳的超参数组合,这些超参数可能包括学习率、网络层数、神经元数量、批次大小等。

4.1 CNN-GRU模型架构

GRU作为LSTM的简化版,同样用于捕获序列中的长期依赖,但具有更少的门控机制.

4.2 GA优化CNN-GRU流程

  1. 初始化:随机生成初始种群,每个个体代表一组超参数配置。
  2. 评估:应用每组超参数配置训练CNN-GRU模型,并在验证集上评估其性能。
  3. 选择:根据评估性能选择适应度较高的个体进入下一代,常用的有轮盘赌选择、锦标赛选择等。
  4. 交叉:对选定的个体执行交叉操作,交换它们的部分基因(即超参数),以产生新个体。
  5. 变异:按照一定概率对个体的某些基因进行小幅度修改,增加种群多样性。
  6. 迭代:重复上述过程直到达到预定的迭代次数或满足停止准则。

5.算法完整程序工程

OOOOO

OOO

O

相关推荐
高洁0131 分钟前
工信部教考中心证书
人工智能·深度学习·算法·机器学习·知识图谱
hhzz2 小时前
《深度学习框架PyTorch入门与实践》系列:09-分布式与并行训练之DataParallel、DDP与Horovod
pytorch·分布式·深度学习
心运软件3 小时前
基于深度学习的宝石图像分类系统
人工智能·python·深度学习·机器学习·分类·数据挖掘
雨晨源码(同名B站)3 小时前
【2027届人工智能专业选题】基于yolov8的农业病虫害图像识别与分类系统 |深度学习 计算机视觉
人工智能·深度学习·yolo·计算机视觉·分类
OpenApi.cc3 小时前
MoCode — AI Agent Server (Docker) + macOS Desktop Client(开源项目)
数据结构·人工智能·深度学习·神经网络
一个王同学3 小时前
从零到一 | CV转多模态大模型 | week22 | 实战项目-DocuMind-VL:基于 OCR 与 Qwen-VL 的文档多模态问答系统(二)
人工智能·深度学习·机器学习·计算机视觉·ocr
美狐美颜SDK开放平台4 小时前
第三方美颜SDK接入教程:直播APP实现实时美颜、滤镜与美型效果的方法
人工智能·深度学习·音视频·sdk·美颜sdk·视频美颜sdk·直播app开发
水桶学习吧_15 小时前
MTMD人致振动MATLAB-SAP2000协同优化
matlab·mtmd·sap2000
狂奔蜗牛(bradley)16 小时前
深度学习三大基础激活函数详解:Sigmoid、Tanh、ReLU 公式、导数、图像与优缺点对比
人工智能·深度学习