【原创代码】基于贝叶斯优化的PatchTST综合能源负荷多变量时间序列预测

​✅作者简介热爱科研的Matlab仿真开发者擅长毕业设计辅导、数学建模、数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。 往期回顾关注个人主页Matlab科研工作室 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料个人信条格物致知,完整Matlab代码获取及仿真咨询内容私信。 内容介绍在多变量时间序列预测领域不断探索新的模型和方法以提高预测精度和效率是研究的重点方向。本文所介绍的基于 CNN - Agent Attention - BiGRU 的多变量时间序列预测模型融合了多种先进技术展现出独特的优势和创新点。一、模型构建与对比模型构建该模型创新性地整合了 CNN卷积神经网络、Agent Attention代理注意力机制和 BiGRU双向门控循环单元。CNN 擅长提取局部特征能够对时间序列数据中的局部模式进行有效捕捉Agent Attention 作为新型注意力机制在平衡计算效率和表示能力方面发挥关键作用BiGRU 则凭借其双向处理序列信息的能力更好地捕捉时间序列中的长期依赖关系。三者结合形成一个强大的多变量时间序列预测模型。预测结果对比为了验证模型的有效性对 CNN - BiGRU、CNN - Attention - BiGRU 以及 CNN - Agent Attention - BiGRU 三种模型的预测结果进行对比。通过对比可以清晰地看到 CNN - Agent Attention - BiGRU 模型在预测性能上的优势这充分证明了 Agent Attention 机制以及整个模型架构设计的合理性和创新性。二、Agent Attention 机制解析传统注意力机制的局限与改进思路传统的 Softmax 注意力机制在处理长序列数据时计算复杂度为二次方级别这在实际应用中会带来巨大的计算负担。为了克服这一局限Agent Attention 机制被提出旨在平衡计算效率和表示能力。机制原理Agent Attention 通过引入一组代理令牌Agent Tokens对传统注意力模块进行扩展形成一个四元组Q, A, K, V其中 A 即为代理令牌。在信息处理过程中代理令牌首先充当查询令牌 Q 的 “代理”从键值对K, V中聚合信息。这一步骤类似于在一个大的信息空间中代理令牌代表查询令牌去筛选和收集相关信息。然后代理令牌将聚合到的信息广播回查询令牌 Q。这种设计的巧妙之处在于代理令牌的数量可以远小于查询令牌的数量。例如在处理长序列时间数据时大量的查询令牌需要处理但仅需少量代理令牌去聚合关键信息再将其传递给查询令牌从而在保持全局上下文建模能力的同时显著降低了计算复杂度。从理论层面分析Agent Attention 成功将 Softmax 注意力的二次复杂度降低为线性复杂度。同时通过这种独特的信息聚合与传递方式它巧妙地整合了 Softmax 注意力的高表达能力和线性注意力的高效性为时间序列预测提供了一种高效且强大的注意力机制。三、BiGRU 原理阐述GRU 基础GRU 作为一种轻量级的循环神经网络单元是为解决传统 RNN 存在的梯度消失问题而设计。它通过引入更新门和重置门来控制信息的流动。更新门决定了前一时刻的状态信息有多少被保留到当前时刻重置门则决定了当前输入信息与前一时刻状态信息的融合程度。这种机制使得 GRU 能够更好地处理长期依赖关系避免梯度消失问题有效捕捉时间序列中的重要信息。BiGRU 优势BiGRU 在此基础上进一步发展它通过同时处理序列的正向和反向信息使得模型能够从两个方向捕捉时间序列中的依赖关系。例如在预测股票价格走势时正向信息可以反映价格从过去到现在的变化趋势而反向信息则能体现从未来相对当前预测时刻回溯到现在的信息从而更全面地捕捉时间序列中的复杂模式和依赖关系为准确的时间序列预测提供有力支持。四、创新应用与价值创新应用值得注意的是Agent Attention 最初是为机器视觉领域提出的现有大部分结合该算法的文献也主要应用于图像识别、检测等领域如与 YOLO 结合。而本代码创新性地将 Agent Attention 与双向门控循环单元结合并应用于时间序列预测为时间序列预测问题带来了全新的解决思路和方法。应用价值该模型的高创新性以及详细的注释使其不仅为时间序列预测领域提供了一种有效的解决方案也为研究人员进一步探索和改进模型提供了良好的基础。每行几乎一注释的详细程度有助于其他研究者深入理解模型的构建和运行机制推动该领域的技术发展和创新。同时限量发布也增加了其独特性和吸引力有望在多变量时间序列预测领域取得更优异的成果具有较高的研究和应用价值。基于 CNN - Agent Attention - BiGRU 的多变量时间序列预测模型通过创新地融合多种技术为多变量时间序列预测提供了一种高效、准确的解决方案其独特的 Agent Attention 机制以及在时间序列预测领域的创新性应用有望为该领域带来新的突破和发展。⛳️ 运行结果 参考文献《Agent Attention: On the Integration of Softmax and Linear Attention》更多创新智能优化算法模型和应用场景可扫描关注机器学习/深度学习类BP、SVM、RVM、DBN、LSSVM、ELM、KELM、HKELM、DELM、RELM、DHKELM、RF、SAE、LSTM、BiLSTM、GRU、BiGRU、PNN、CNN、XGBoost、LightGBM、TCN、BiTCN、ESN、Transformer、模糊小波神经网络、宽度学习等等均可~方向涵盖风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、用电量预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断组合预测类CNN/TCN/BiTCN/DBN/Transformer/Adaboost结合SVM、RVM、ELM、LSTM、BiLSTM、GRU、BiGRU、Attention机制类等均可可任意搭配非常新颖~分解类EMD、EEMD、VMD、REMD、FEEMD、TVFEMD、CEEMDAN、ICEEMDAN、SVMD、FMD、JMD等分解模型均可~路径规划类旅行商问题TSP、车辆路径问题VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、 充电车辆路径规划EVRP、 双层车辆路径规划2E-VRP、 油电混合车辆路径规划、 船舶航迹规划、 全路径规划规划、 仓储巡逻、公交车时间调度、水库调度优化、多式联运优化等等~小众优化类生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化、背包问题、 风电场布局、时隙分配优化、 最佳分布式发电单元分配、多阶段管道维修、 工厂-中心-需求点三级选址问题、 应急生活物质配送中心选址、 基站选址、 道路灯柱布置、 枢纽节点部署、 输电线路台风监测装置、 集装箱调度、 机组优化、 投资优化组合、云服务器组合优化、 天线线性阵列分布优化、CVRP问题、VRPPD问题、多中心VRP问题、多层网络的VRP问题、多中心多车型的VRP问题、 动态VRP问题、双层车辆路径规划2E-VRP、充电车辆路径规划EVRP、油电混合车辆路径规划、混合流水车间问题、 订单拆分调度问题、 公交车的调度排班优化问题、航班摆渡车辆调度问题、选址路径规划问题、港口调度、港口岸桥调度、停机位分配、机场航班调度、泄漏源定位、冷链、时间窗、多车场等、选址优化、港口岸桥调度优化、交通阻抗、重分配、停机位分配、机场航班调度、通信上传下载分配优化、微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置、有序充电、MPPT优化、家庭用电、电/冷/热负荷预测、电力设备故障诊断、电池管理系统BMSSOC/SOH估算粒子滤波/卡尔曼滤波、 多目标优化在电力系统调度中的应用、光伏MPPT控制算法改进扰动观察法/电导增量法、电动汽车充放电优化、微电网日前日内优化、储能优化、家庭用电优化、供应链优化\智能电网分布式能源经济优化调度虚拟电厂能源消纳风光出力控制策略多目标优化博弈能源调度鲁棒优化等等均可~ 无人机应用方面无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化、车辆协同无人机路径规划通信方面传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化、水声通信、通信上传下载分配信号处理方面信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化、心电信号、DOA估计、编码译码、变分模态分解、管道泄漏、滤波器、数字信号处理传输分析去噪、数字信号调制、误码率、信号估计、DTMF、信号检测电力系统方面微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置、有序充电、MPPT优化、家庭用电、电/冷/热负荷预测、电力设备故障诊断、电池管理系统BMSSOC/SOH估算粒子滤波/卡尔曼滤波、 多目标优化在电力系统调度中的应用、光伏MPPT控制算法改进扰动观察法/电导增量法、电动汽车充放电优化、微电网日前日内优化、储能优化、家庭用电优化、供应链优化\智能电网分布式能源经济优化调度虚拟电厂能源消纳风光出力控制策略多目标优化博弈能源调度鲁棒优化原创改进优化算法适合需要创新的同学原创改进2025年的波动光学优化算法WOO以及三国优化算法TKOA、白鲸优化算法BWO等任意优化算法均可保证测试函数效果一般可直接核心