水文气象领域的时间序列分析:从Pytorch/R入门到Transformer/Mamba精通

时间序列是水文、气象等领域中最为常见的数据类型,对时间序列数据的预测、分类以及异常值检测等也是这些领域最常见的任务;但是,时间序列分析技术从二十世纪二十年代兴起,一百年以来已经变的非常繁杂。以实践序列分析为主线,系统讲述了传统的时间序列分析技术、机器学习以及深度学习等模型。通过本学习不但可以掌握时间序列的分析方法,也可以对现代人工智能模型有更好的了解。此外,所有内容都基于大语言模型辅助,不再另外说明。

【内容简介】:

专题一Pytorch以及R语言编程

1.Pytorch及R的安装

2.Python编程语法及主要的科学计算包

3.Pytorch编程中涉及的概念

4.Pytorch使用方法

5.现代R语言的使用方法

6.时间序列建模的流程及注意点

专题二传统的时间序列模型

1.AR,MA,ARMA模型

2.ARIMA以及季节分解模型

3.GARCH模型及其扩展

4.分数阶差分时间序列模型

案例一:基于季节分解的水质参照状态确定

案例二:太湖叶绿素A的预测

案例三:基于GARCH的气温波动估计

专题三、频域分析及多元时间序列

1.小波变换、离散傅里叶分析及谱密度估计

2.ARIMAX模型

3.向量自回归模型及其贝叶斯版本

4.格兰特因果模型

案例四:基于VAR以及Bayesian VAR的气温回归

案例五:水质的格兰特因果检验

专题四、隐状态及时空数据分析

1.Markov以及隐Markov时间序列模型

2.带有状态转换的GARCH模型

3.基于模态分解的时间序列模型

4.经验函数分解模型

5.连续时间的结构方程模型

案例六:基于隐Markov模型的降雨数据分析

案例七:气压及水质的经验函数分解

案例八:基于模态分解的时间序列预测

案例九:MSGARCH模型的风险估计

专题五、时间序列中机器学习

1.支持向量机回归

2.树模型及其堆叠(Randomforest,孤立随机森林等)

3.XGBoost模型及其变种

4.高斯过程模型

5.模型的可解释性:夏普利值及其推广

案例十:基于XGBoost模型及夏普利值的归因分析

案例十一:基于高斯过程的时间序列预测

专题六、前大语言模型的深度学习技术

1.前馈神经网络

2.RNN及其在时间序列中的应用

3.CNN及其在时间序列中的应用

4.LSTM,GRU模型

6.基于概率的LSTM模型

6.对抗神经网络

7.共形预测及置信区间

案例十二:前馈神经网络的搭建及优化

案例十三:基于CNN的时间序列分类

案例十四:基于LSTM的水位预测

案例十五:如何估计LSTM预测的置信区间

案例十六:基于GAN的异常值检测

专题七、Transformers及其它

1.Transformers原理及其优化

2.时间序列的状态空间

3.Mamba模型原理及其优化

案例十七:模态分解与Transformers联合预测

案例十八:基于Mamba的序列预测

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