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
随着人工智能技术的快速发展，深度学习已经成为处理复杂数据集的关键工具之一。其中，卷积神经网络 (Convolutional Neural Networks, CNNs) 和长短时记忆网络 (Long Short-Term Memory, LSTM) 是两种广泛应用的深度学习模型。CNN 能够有效地捕捉局部特征和空间结构，而 LSTM 则擅长处理序列数据中的长期依赖关系。将这两种模型结合起来，形成 CNN-BiLSTM 架构，可以同时利用它们的优势，以处理包含时空特征的数据集。
本项目基于TensorFlow实现卷积神经网络-双向长短时记忆循环神经网络分类模型(CNN-BiLSTM分类算法)项目实战。
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P andas 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变量柱状图
用Matplotlib工具的plot()方法绘制柱状图：
4 .2 y=1样本x1变量分布直方图
用Matplotlib工具的hist()方法绘制直方图：
4 .3 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 卷积神经网络-双向长短时记忆循环神经网络分类模型
主要使用CNN-BiLSTM分类算法，用于目标分类。
6. 1 构建模型
|------------|----------------|------------|
| 编号 | 模型名称 | 参数 |
| 1 | CNN-BiLSTM分类模型 | filters=5 |
| 2 | CNN-BiLSTM分类模型 | units=64 |
| 3 | CNN-BiLSTM分类模型 | epochs=60 |
6. 2 模型摘要信息
6. 3 模型网络结构
6. 4 模型训练集测试集损失和准确率曲线图
7 . 模型评估
7 .1 评估指标及结果
评估指标主要包括准确率、查准率、查全率、F1分值等等。
|----------------|--------------|-------------|
| 模型名称 | 指标名称 | 指标值 |
| 测试集 |||
| CNN-BiLSTM分类模型 | 准确率 | 0.9975 |
| CNN-BiLSTM分类模型 | 查准率 | 1.0 |
| CNN-BiLSTM分类模型 | 查全率 | 0.9953 |
| CNN-BiLSTM分类模型 | F1分值 | 0.9976 |
从上表可以看出，F1分值为0.9976，说明模型效果很好。
关键代码如下：
7. 2 分类报告
从上图可以看出，分类为0的F1分值为1.00；分类为1的F1分值为1.00。
7. 3 混淆矩阵
从上图可以看出，实际为0预测不为0的 有0个样本；实际为1预测不为1的 有1个样本，整体预测准确率良好。
8. 结论与展望
综上所述，本文采用了卷积神经网络-双向长短时记忆循环神经网络分类算法来构建分类模型，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
# kind='bar' 绘制柱状图
df['y'].value_counts().plot(kind='bar') # 绘图
plt.xlabel("y变量") # 设置x轴名称
plt.ylabel("数量") # 设置y轴名称
plt.title('y变量柱状图') # 设置标题名称
plt.show() # 展示图片
# y=1样本x1变量分布直方图
fig = plt.figure(figsize=(8, 5)) # 设置画布大小
plt.rcParams['font.sans-serif'] = 'SimHei' # 设置中文显示
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False # 解决保存图像是负号'-'显示为方块的问题
data_tmp = df.loc[df['y'] == 1, 'x1'] # 过滤出y=1的样本
# 绘制直方图 bins：控制直方图中的区间个数 auto为自动填充个数 color：指定柱子的填充色
plt.hist(data_tmp, bins='auto', color='g') # 绘图
plt.xlabel('x1') # 设置x轴名称
plt.ylabel('数量') # 设置y轴名称
# 获取方式：
# 项目实战合集导航：
# https://docs.qq.com/sheet/DTVd0Y2NNQUlWcmd6?tab=BB08J2
print('***********************查看训练集的形状**************************')
print(X_train.shape) # 查看训练集的形状
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False # 解决保存图像是负号'-'显示为方块的问题
data_tmp = df.loc[df['y'] == 1, 'x1'] # 过滤出y=1的样本
# 绘制直方图 bins：控制直方图中的区间个数 auto为自动填充个数 color：指定柱子的填充色
plt.hist(data_tmp, bins='auto', color='g') # 绘图
X_test = layers.Lambda(lambda X_test: K.expand_dims(X_test, axis=-1))(X_test) # 增加维度
print('***********************查看测试集的形状**************************')
print(X_test.shape) # 查看测试集的形状