Python基于TensorFlow实现循环神经网络GRU回归模型(GRU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

随着大数据和人工智能技术的发展,传统的预测方法,虽然在某些情况下表现良好,但它们通常需要进行复杂的参数设定,并且对于非线性关系的捕捉能力有限。随着深度学习技术的进步,循环神经网络(RNN)因其能够处理序列数据的能力而受到广泛关注。GRU(门控循环单元)作为RNN的一种改进版本,不仅能够有效处理长期依赖问题,而且计算复杂度相对较低,适用于大规模数据的处理。

本项目旨在开发一个基于TensorFlow的GRU回归模型,用于解决回归数据的预测问题。通过这个项目,不仅可以深入理解GRU模型及其在回归数据预测中的应用,还可以为实际业务提供有效的预测工具,帮助企业或组织更好地应对未来的挑战。

本项目通过Python基于TensorFlow实现循环神经网络GRU回归模型(GRU-回归算法)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变量分布直方图

用Matplotlib工具的hist()方法绘制直方图:

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 归一化

关键代码如下:

5. 4 数据样本增维

数据样本增加维度后的数据形状:

6. 构建GRU回归模型

主要使用GRU回归算法,用于目标回归。

6.1 构建模型

|------------|--------------|------------------|
| 编号 | 模型名称 | 参数 |
| 1 | GRU回归模型 | units=256 |
| 2 | GRU回归模型 | optimizer='adam' |
| 3 | GRU回归模型 | epochs=100 |

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R方、均方误差、解释性方差、绝对误差等等。

|--------------|--------------|-------------|
| 模型名称 | 指标名称 | 指标值 |
| 测试集 |||
| GRU回归模型 | R方 | 0.9417 |
| GRU回归模型 | 均方误差 | 0.0017 |
| GRU回归模型 | 解释方差分 | 0.9607 |
| GRU回归模型 | 绝对误差 | 0.0336 |

从上表可以看出,R方分值为0.9417,说明模型效果比较好。

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,模型效果良好。

8. 结论与展望

综上所述,本文采用了GRU回归算法来构建回归模型,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。

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