基于卷积神经网络(CNN)的时间序列预测,15个输入1个输出,可以更改数据集,MATLAB代码

1. 数据收集与预处理

  • 数据清洗:处理缺失值、异常值等。
  • 特征工程:提取有助于预测的特征。
  • 数据标准化:将时间序列数据标准化,使其具有零均值和单位方差,有助于模型训练。
  • 滑动窗口划分:将时间序列数据划分为多个滑动窗口,每个窗口包含15个历史时间点的数据值,用于预测下一个时间点的值。
  • 数据集中部分数据如下:
bash 复制代码
0.491920000000000	0.493110000000000	0.493500000000000	0.493130000000000	0.493030000000000	0.493300000000000	0.494200000000000	0.493710000000000	0.496820000000000	0.517990000000000	0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000
0.493110000000000	0.493500000000000	0.493130000000000	0.493030000000000	0.493300000000000	0.494200000000000	0.493710000000000	0.496820000000000	0.517990000000000	0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000
0.493500000000000	0.493130000000000	0.493030000000000	0.493300000000000	0.494200000000000	0.493710000000000	0.496820000000000	0.517990000000000	0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000
0.493130000000000	0.493030000000000	0.493300000000000	0.494200000000000	0.493710000000000	0.496820000000000	0.517990000000000	0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000
0.493030000000000	0.493300000000000	0.494200000000000	0.493710000000000	0.496820000000000	0.517990000000000	0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000
0.493300000000000	0.494200000000000	0.493710000000000	0.496820000000000	0.517990000000000	0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000	0.563040000000000
0.494200000000000	0.493710000000000	0.496820000000000	0.517990000000000	0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000	0.563040000000000	0.579750000000000
0.493710000000000	0.496820000000000	0.517990000000000	0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000	0.563040000000000	0.579750000000000	0.565900000000000
0.496820000000000	0.517990000000000	0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000	0.563040000000000	0.579750000000000	0.565900000000000	0.563570000000000
0.517990000000000	0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000	0.563040000000000	0.579750000000000	0.565900000000000	0.563570000000000	0.564210000000000
0.520820000000000	0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000	0.563040000000000	0.579750000000000	0.565900000000000	0.563570000000000	0.564210000000000	0.560570000000000
0.519940000000000	0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000	0.563040000000000	0.579750000000000	0.565900000000000	0.563570000000000	0.564210000000000	0.560570000000000	0.558160000000000
0.526180000000000	0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000	0.563040000000000	0.579750000000000	0.565900000000000	0.563570000000000	0.564210000000000	0.560570000000000	0.558160000000000	0.561030000000000
0.539890000000000	0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000	0.563040000000000	0.579750000000000	0.565900000000000	0.563570000000000	0.564210000000000	0.560570000000000	0.558160000000000	0.561030000000000	0.561560000000000
0.539940000000000	0.544180000000000	0.546260000000000	0.548060000000000	0.546630000000000	0.555100000000000	0.563040000000000	0.579750000000000	0.565900000000000	0.563570000000000	0.564210000000000	0.560570000000000	0.558160000000000	0.561030000000000	0.561560000000000	0.560440000000000

2. 设计CNN模型

  • 确定输入输出:确定模型的输入(历史时间点的数量)和输出(预测的时间点数量)。
  • 构建卷积层:使用一维卷积层(Conv1D)来提取时间序列数据的特征。
  • 添加池化层:使用池化层(如MaxPooling1D)来降低特征维度,提高模型的泛化能力。
  • 添加全连接层 :在卷积和池化层之后添加全连接层(Dense),用于学习特征的组合并输出预测结果。

3. 编译模型

  • 选择损失函数:对于回归问题,通常使用均方误差(MSE)作为损失函数。
  • 选择优化器:常用的优化器包括Adam、SGD等。
  • 选择评估指标:常用的评估指标包括均方根误差(RMSE)。

4. 训练模型

  • 划分数据集:将数据集划分为训练集、验证集和测试集。
  • 模型训练:使用训练集数据训练模型,并在验证集上进行模型评估,以防止过拟合。
  • 超参数调优 :调整模型的超参数,如卷积核大小、卷积层数量、学习率等,以获得更好的性能。

5. 模型评估与测试

  • 评估模型:在测试集上评估模型的性能,使用RMSE等指标。
  • 结果分析:分析模型预测结果与实际值之间的差异,评估模型的准确性和泛化能力。


6. 部分MATLAB示例

bash 复制代码
%%  绘图
figure
plot(1: M, T_train, 'r-*', 1: M, T_sim1, 'b-o', 'LineWidth', 1)
legend('真实值', '预测值')
xlabel('预测样本')
ylabel('预测结果')
string = {'训练集预测结果对比'; ['RMSE=' num2str(error1)]};
title(string)
xlim([1, M])
grid

figure
plot(1: N, T_test, 'r-*', 1: N, T_sim2, 'b-o', 'LineWidth', 1)
legend('真实值', '预测值')
xlabel('预测样本')
ylabel('预测结果')
string = {'测试集预测结果对比'; ['RMSE=' num2str(error2)]};
title(string)
xlim([1, N])
grid
figure
scatter(T_train, T_sim1, sz, c)
hold on
plot(xlim, ylim, '--k')
xlabel('训练集真实值');
ylabel('训练集预测值');
xlim([min(T_train) max(T_train)])
ylim([min(T_sim1) max(T_sim1)])
title('训练集预测值 vs. 训练集真实值')

figure
scatter(T_test, T_sim2, sz, c)
hold on
plot(xlim, ylim, '--k')
xlabel('测试集真实值');
ylabel('测试集预测值');
xlim([min(T_test) max(T_test)])
ylim([min(T_sim2) max(T_sim2)])
title('测试集预测值 vs. 测试集真实值')

7. 完整MATLAB代码见下方名片

相关推荐
线束线缆组件品替网几秒前
IO Audio Technologies 音频线缆抗干扰与带宽设计要点
网络·人工智能·汽车·电脑·音视频·材料工程
Hcoco_me15 分钟前
大模型面试题63:介绍一下RLHF
人工智能·深度学习·机器学习·chatgpt·机器人
hkNaruto25 分钟前
【AI】AI学习笔记:LangGraph入门 三大典型应用场景与代码示例及MCP、A2A与LangGraph核心对比
人工智能·笔记·学习
向量引擎小橙25 分钟前
“2026数据枯竭”警报拉响:合成数据如何成为驱动AI进化的“新石油”?
大数据·人工智能·深度学习·集成学习
努力犯错33 分钟前
Qwen Image Layered:革命性的AI图像生成与图层分解技术
人工智能·深度学习·计算机视觉
杜子不疼.37 分钟前
【AI】基于GLM-4_7与数字人SDK的政务大厅智能指引系统实践
人工智能·microsoft·政务
core5121 小时前
SGD 算法详解:蒙眼下山的寻宝者
人工智能·算法·矩阵分解·sgd·目标函数
阿湯哥1 小时前
Spring AI Alibaba 实现 Workflow 全指南
java·人工智能·spring
Tezign_space1 小时前
Agent Skills 详解:5大核心能力架构与AI Agent落地实践
人工智能·架构·生成式ai·ai agent·上下文工程·skills·agent skills
m0_466525291 小时前
东软添翼AI 2.0获评医疗健康标杆AI Agent TOP10
大数据·人工智能