Python基于PyTorch实现多输入多输出进行BP神经网络回归预测项目实战

说明:这是一个机器学习实战项目(附带数据+代码+文档 ),如需数据+代码+文档 可以直接到文章最后关注 公棕号获取 或者私信获取。

1 . 项目背景

在复杂系统建模与智能预测领域,许多实际问题涉及多个输入变量共同影响多个输出目标,如工业过程控制、环境监测与金融风险评估等。传统的单输出模型难以捕捉多目标间的关联性,效率较低。本项目基于Python与PyTorch深度学习框架,构建多输入多输出的BP神经网络回归模型,实现对多个连续目标变量的同步预测。通过设计合理的网络结构、损失函数与优化算法,结合真实数据进行训练与验证,提升模型的非线性拟合能力与泛化性能。项目涵盖数据预处理、模型搭建、训练调优与结果可视化,旨在掌握深度学习在多输出回归任务中的应用,为工程与商业场景提供高精度的智能预测解决方案。

本项目通过Python基于PyTorch实现多输入多输出进行BP神经网络回归预测项目实战。

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 | y1 | 因变量 |
| 12 | y2 | 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12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 标准化

关键代码如下:

6. 构建模型

主要使用通过Python基于PyTorch实现多输入多输出进行BP神经网络回归预测项目实战。

6. 1 构建模型

|------------|--------------|-------------------------------|
| 编号 | 模型名称 | 参数 |
| 1 | BP神经网络回归模型 | lr=0.001 |
| 2 | BP神经网络回归模型 | num_epochs = 100 |
| 3 | BP神经网络回归模型 | hidden_sizes = 64, 32, 16 |

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 |||
| BP神经网络回归模型-y1 | R方 | 0.9822 |
| BP神经网络回归模型-y1 | 均方误差 | 0.8971 |
| BP神经网络回归模型-y1 | 解释方差分 | 0.9822 |
| BP神经网络回归模型-y1 | 绝对误差 | 0.7432 |
| BP神经网络回归模型-y2 | R方 | 0.9640 |
| BP神经网络回归模型-y2 | 均方误差 | 0.9453 |
| BP神经网络回归模型-y2 | 解释方差分 | 0.9640 |
| BP神经网络回归模型-y2 | 绝对误差 | 0.7373 |

从上表可以看出,因变量1的R方分值为0.9822,因变量2的R方分值为0.9640,说明模型效果良好。

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Python基于PyTorch实现多输入多输出进行BP神经网络回归预测项目实战,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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