漯河企业网站开发,天津建设协会网站,wordpress360网站卫士,php网站后台管理模板三角拓扑聚合优化器TTAO-Transformer-BiLSTM多变量回归预测#xff08;Maltab#xff09;
完整代码私信回复三角拓扑聚合优化器TTAO-Transformer-BiLSTM多变量回归预测#xff08;Maltab#xff09;
一、引言
1、研究背景和意义
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完整代码私信回复三角拓扑聚合优化器TTAO-Transformer-BiLSTM多变量回归预测Maltab
一、引言
1、研究背景和意义
在现代数据科学领域时间序列预测一直是研究的热点和难点尤其是在金融、气象、能源等领域精确的多变量时间序列预测对于决策支持、风险评估等具有重要意义。随着人工智能技术的发展深度学习模型如Transformer和BiLSTM在处理序列数据方面显示出了强大的能力。Transformer模型通过自注意力机制有效地捕捉数据中的长短期依赖关系而BiLSTM模型通过其双向的循环结构能够更好地理解序列数据的上下文信息。然而这些模型在训练过程中仍然面临优化难题如梯度消失、局部最优等问题这些问题直接影响模型的预测性能和稳定性。
2、研究现状
目前虽然Transformer和BiLSTM模型在单一任务上的应用已较为成熟但将两者结合用于多变量回归预测的研究仍相对较少。此外传统的优化器如SGD、Adam等在处理复杂模型时往往难以达到理想的优化效果。近年来三角拓扑聚合优化器(TTAO)因其独特的拓扑结构和高效的优化能力在多个领域展示了优越的性能。TTAO优化器通过模拟三角形拓扑结构实现了更高效的参数更新和更稳定的训练过程从而提高了模型的预测精度和泛化能力。
3、本文工作
针对现有研究的不足本文提出了一种新的预测模型——TTAO-Transformer-BiLSTM。该模型结合了Transformer编码器和BiLSTM层利用TTAO优化器进行模型训练以达到更好的预测效果。具体而言Transformer编码器用于捕捉数据中的长短期依赖关系BiLSTM层用于进一步提炼时间序列的复杂特征TTAO优化器则用于提升模型的训练效率和稳定性。通过在多个数据集上的实验验证本文所提模型在预测精度和稳定性方面均优于传统方法。
二、数据与方法
1、数据准备
在本研究中为了提高模型的预测性能我们对原始数据进行了预处理归一化处理。
2、模型构建
2.1、Transformer编码器在模型中的作用与设计
Transformer编码器通过自注意力机制使得模型能够关注到输入序列中的所有元素而不仅仅是前一个或后一个元素。这种机制特别适合于捕捉时间序列数据中的长短期依赖关系。在我们的模型中Transformer编码器被设计用来处理多变量时间序列数据通过多头的自注意力机制模型能够从不同角度捕捉数据中的复杂关系。
2.2、BiLSTM层在捕捉时间序列依赖关系中的功能
BiLSTM层通过其双向的循环结构能够同时利用过去和未来的上下文信息来预测当前时间步的输出。这使得BiLSTM在处理时间序列数据时具有独特的优势。在我们的模型中BiLSTM层被添加到Transformer编码器的输出之上以进一步提炼时间序列的复杂特征提高模型的预测性能。
2.3、TTAO优化器的原理及其在模型优化中的优势
TTAO优化器通过模拟三角形拓扑结构实现了更高效的参数更新和更稳定的训练过程。与传统的优化器相比TTAO优化器在处理复杂模型时能够更好地避免局部最优解提高模型的泛化能力。在我们的模型中TTAO优化器被用于训练整个TTAO-Transformer-BiLSTM模型通过高效的参数优化提升模型的预测精度和稳定性。
3、模型训练与验证
在模型训练过程中我们采用了交叉验证的方法来评估模型的性能和稳定性。具体而言我们将数据集划分为训练集、验证集和测试集通过在训练集上训练模型在验证集上调优超参数最终在测试集上评估模型的预测性能。为了进一步提升模型的泛化能力我们还采用了数据增强技术包括随机噪声添加和时间序列窗滑动等。此外我们还对模型的超参数进行了细致的调整包括学习率、批次大小、正则化系数等以达到最佳的预测效果。
三、实验结果
1、实验设置
为了全面评估TTAO-Transformer-BiLSTM模型的性能评估指标包括均方误差(MSE)、均方根误差(RMSE)和绝对误差(MAE)这些指标能够量化模型的预测误差从而评估模型的性能。
2、结果展示 四、结论与展望
1、研究总结
本文提出了一种新的多变量回归预测模型——TTAO-Transformer-BiLSTM通过结合Transformer编码器、BiLSTM层和TTAO优化器实现了高效的预测。
2、研究展望
尽管TTAO-Transformer-BiLSTM模型在多变量回归预测上取得了良好的效果但仍有改进的空间。未来的研究可以考虑引入更多的数据增强技术进一步提升模型的泛化能力。此外探索更高效的优化算法和模型结构也是未来研究的重要方向。具体而言可以研究如何将TTAO优化器与其他先进的优化算法结合以提高模型的训练效率和预测性能还可以研究如何将Transformer编码器和BiLSTM层与其他先进的深度学习模型结合以捕捉更复杂的时间序列特征。 %% 清空环境变量
warning off % 关闭报警信息
close all % 关闭开启的图窗
clear % 清空变量
clc % 清空命令行%% 划分训练集和测试集
P_train res(1: num_train_s, 1: f_);
T_train res(1: num_train_s, f_ 1: end);
M size(P_train, 2);P_test res(num_train_s 1: end, 1: f_);
T_test res(num_train_s 1: end, f_ 1: end);
N size(P_test, 2);%% 数据归一化
[P_train, ps_input] mapminmax(P_train, 0, 1);
P_test mapminmax(apply, P_test, ps_input);[t_train, ps_output] mapminmax(T_train, 0, 1);
t_test mapminmax(apply, T_test, ps_output);%% 数据平铺
P_train double(reshape(P_train, f_, 1, 1, M));
P_test double(reshape(P_test , f_, 1, 1, N));t_train t_train;
t_test t_test ;%% 数据格式转换
for i 1 : Mp_train{i, 1} P_train(:, :, 1, i);
endfor i 1 : Np_test{i, 1} P_test( :, :, 1, i);
end%% 参数设置
options trainingOptions(adam, ... % Adam 梯度下降算法MaxEpochs, 100, ... % 最大训练次数MiniBatchSize,64, ... %批大小每次调整参数前所选取的样本数量InitialLearnRate, Positions(1), ... % 初始学习率 best_lrLearnRateSchedule, piecewise, ... % 学习率下降LearnRateDropFactor, 0.5, ... % 学习率下降因子LearnRateDropPeriod, 50, ... % 经过训练后 学习率Shuffle, every-epoch, ... % 每次训练打乱数据集ValidationPatience, Inf, ... % 关闭验证L2Regularization, Positions(3), ... % 正则化参数Verbose, false);%% 模型训练
net trainNetwork(p_train, t_train, lgraph, options);%% 仿真预测
t_sim predict(net, p_train);%% 计算适应度
fitness sqrt(sum((t_sim - t_train).^2) ./ length(t_sim));end
