基于PSO优化CNN-BiLSTM网络模型的多输入单输出回归预测算法matlab仿真

目录

1.前言

2.算法运行效果图预览

3.算法运行软件版本

4.部分核心程序

5.算法理论概述

6.参考文献

7.算法完整程序工程


本文提出一种基于PSO优化的CNN-BiLSTM混合神经网络模型,用于多输入单输出回归预测任务。该方法通过PSO优化BiLSTM的隐含层节点数和学习率,以模型训练误差作为适应度函数,经过遗传操作筛选最优超参数组合。算法在Matlab2024b环境下实现,包含完整的训练流程和预测功能,通过对比预测数据与真实数据的误差评估模型性能。

1.前言

算法通过PSO优化将BiLSTM的隐含层个数和学习率作为PSO的优化变量,以CNN-BiLSTM模型在训练集上的回归预测误差作为PSO的适应度函数,通过迭代筛选最优超参数组合,再将最优超参数代入CNN-BiLSTM模型完成最终的多输入单输出回归预测。

2.算法运行效果图预览

(完整程序运行后无水印)

3.算法运行软件版本

Matlab2024b(推荐)或者matlab2022a

4.部分核心程序

(完整版代码包含中文注释和操作步骤视频)

复制代码
....................................................
options = trainingOptions( 'adam', ...
        'MaxEpochs',Miters, ...
        'GradientThreshold',1, ...
        'InitialLearnRate',LR, ...
        'LearnRateSchedule','piecewise', ...
        'LearnRateDropPeriod',20, ...
        'LearnRateDropFactor',0.8, ...
        'L2Regularization',1e-3,...
        'Verbose',false, ...
        'ExecutionEnvironment',mydevice,...
        'Plots','training-progress');
 
%训练
[net,INFO] = trainNetwork(Xtrains,Ytrains,layers,options);
 
%预测
YPred = predict(net,XTests,"ExecutionEnvironment",mydevice);
YPred = double(YPred');
err1=mean(abs(YPred-Ytest));
figure;
subplot(211)
plot(YPred);
hold on
plot(Ytest);
legend('预测数据','真实数据');
subplot(212)
plot(YPred-Ytest);
ylim([-1,1]); 
title(['预测误差:',num2str(err1)]);
 
save R2.mat err1 YPred Ytest net INFO Error2
239

5.算法理论概述

该算法是粒子群优化(PSO)与CNN-BiLSTM混合神经网络 的结合,核心目标是通过PSO自适应寻找最优的超参数组合(学习率、BiLSTM层数),使CNN-BiLSTM模型在多输入单输出(MISO)回归任务中达到最优预测性能。

PSO是基于群体智能的优化算法,模拟鸟群觅食行为,通过粒子的"位置"和"速度"迭代寻最优解:

粒子: 每个粒子代表一组超参数组合**(学习率η,BiLSTM层数L)**;

位置: 粒子的位置向量为Xi=ηi,Li(需满足约束:η∈(0,1),L为正整数);

**速度:**Vi控制粒子位置的更新步长;

**适应度函数:**以CNN-BiLSTM模型的回归损失(如均方误差MSE)为适应度值(越小越优);

**迭代更新:**每个粒子通过个体最优(pbest)和全局最优(gbest)更新速度和位置:

6.参考文献

1Ang L , Baoyu Z , Liyan Z ,et al.The Application of the CNN-BiLSTM-TPA Model Based on Deep Learning in Porosity PredictionJ.Journal of Geophysics and Engineering, 2025.DOI:10.1093/jge/gxaf141.

7.算法完整程序工程

OOOOO

OOO

O

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