时序预测|基于灰狼优化LightGBM的时间序列预测Matlab程序GWO-LightGBM 单变量和多变量 含基础模型

时序预测|基于灰狼优化LightGBM的时间序列预测Matlab程序GWO-LightGBM 单变量和多变量 含基础模型

文章目录

一、基本原理

时序预测中使用灰狼优化(GWO)结合LightGBM的流程大致如下:

原理概述

  1. 灰狼优化(GWO):模拟灰狼捕猎行为的优化算法,通过对狼群的领导者(猎手)进行模拟搜索来优化模型参数。
  2. LightGBM:一种高效的梯度提升树算法,适用于大规模数据集,尤其是在特征维度高时表现优秀。

流程

  1. 数据准备

    • 收集并预处理时间序列数据,分为训练集和测试集。
    • 对数据进行平稳性检验和特征工程(如滑动窗口法)。
  2. 模型构建

    • 基础模型:可以使用传统的时序预测模型(如ARIMA、SARIMA等)进行基线比较。
    • LightGBM模型:设定初步的LightGBM参数。
  3. 优化步骤

    • 初始化狼群:生成初始的狼群位置(即参数组合)。
    • 评估适应度:使用交叉验证计算每组参数下LightGBM的预测性能(如MSE、RMSE)。
    • 更新位置:根据适应度和GWO算法更新狼群的位置,模拟猎捕过程。
  4. 参数优化

    • 在一定的迭代次数内重复评估和更新位置,最终找到最优参数组合。
  5. 模型训练与评估

    • 使用优化后的参数训练LightGBM模型。
    • 在测试集上评估模型性能,比较基础模型和GWO-LightGBM的效果。
  6. 结果分析

    • 可视化预测结果与实际值的比较。
    • 分析不同参数对模型性能的影响。

注意事项

  • 在实际应用中,确保数据预处理充分,避免信息泄露。
  • 调整GWO和LightGBM的超参数以获得更好的性能。
  • 考虑多变量预测时,特征选择与组合的重要性。

二、实验结果

1.输入多个特征,输出单个变量,多变量回归预测;

2.excel数据,前6列输入,最后1列输出,运行主程序即可,所有文件放在一个文件夹;

3.命令窗口输出R2、MSE、MAE;

4.可视化:代码提供了可视化工具,用于评估模型性能,包括真实值与预测值的收敛图、对比图、拟合图、残差图。

GWO-LightGBM单变量时序预测结果

GWO-LightGBM多变量时序预测结果

LightGBM多变量时序预测结果

三、核心代码

matlab 复制代码
%%  导入数据
res = xlsread('数据集.xlsx');

%%  数据分析
num_size = 0.8;                              % 训练集占数据集比例
outdim = 1;                                  % 最后一列为输出
num_samples = size(res, 1);                  % 样本个数
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

%%  划分训练集和测试集
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
P_train =  double(reshape(P_train, f_, 1, 1, M));
P_test  =  double(reshape(P_test , f_, 1, 1, N));

四、代码获取

五、总结

包括但不限于

优化BP神经网络,深度神经网络DNN,极限学习机ELM,鲁棒极限学习机RELM,核极限学习机KELM,混合核极限学习机HKELM,支持向量机SVR,相关向量机RVM,最小二乘回归PLS,最小二乘支持向量机LSSVM,LightGBM,Xgboost,RBF径向基神经网络,概率神经网络PNN,GRNN,Elman,随机森林RF,卷积神经网络CNN,长短期记忆网络LSTM,BiLSTM,GRU,BiGRU,TCN,BiTCN,CNN-LSTM,TCN-LSTM,BiTCN-BiGRU,LSTM--Attention,VMD--LSTM,PCA--BP等等

用于数据的分类,时序,回归预测。

多特征输入,单输出,多输出

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