【Matlab】LSTM长短期记忆神经网络时序预测算法(附代码)
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一,概述
LSTM(Long Short-Term Memory)是一种常用的循环神经网络(Recurrent Neural Network,RNN)结构,由于其对于长序列数据的处理能力,被广泛应用于语音识别、自然语言处理、图像处理等领域。 LSTM 网络的主要特点是增加了一个称为“记忆单元(Memory Cell)”的结构,用于控制网络的信息流动。这个结构可以记忆信息并在需要的时候将其加入到当前的处理中,从而更好地处理长序列数据。另外,LSTM 网络还引入了三个称为“门(Gates)”的结构,包括输入门(Input Gate)、遗忘门(Forget Gate)和输出门(Output Gate),用于控制信息的输入、遗忘和输出。这些门的作用是通过一个 sigmoid 函数将输入信息映射到 0~1 之间的值,然后与记忆单元中的信息进行运算,控制信息的流动。通过这种方式,LSTM 网络可以有效的捕捉序列中的长期依赖关系,从而提高了神经网络处理序列数据的能力。
二,代码
代码中文注释非常清晰,按照示例数据修改格式,替换数据集即可运行,数据集为excel。
部分代码示例如下:
%% 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%% 导入数据(时间序列的单列数据)
result = xlsread('数据集.xlsx');%% 数据分析
num_samples = length(result); % 样本个数
kim = 15; % 延时步长(kim个历史数据作为自变量)
zim = 1; % 跨zim个时间点进行预测%% 划分数据集
for i = 1: num_samples - kim - zim + 1res(i, :) = [reshape(result(i: i + kim - 1), 1, kim), result(i + kim + zim - 1)];
end
%% 数据集分析
outdim = 1; % 最后一列为输出
num_size = 0.7; % 训练集占数据集比例
num_train_s = round(num_size * num_samples); % 训练集样本个数
f_ = size(res, 2) - outdim; % 输入特征维度
% %% 划分训练集和测试集
% temp = 1: 1: 922;
%
% P_train = res(temp(1: 700), 1: 15)';
% T_train = res(temp(1: 700), 16)';
% M = size(P_train, 2);
%
% P_test = res(temp(701: end), 1: 15)';
% T_test = res(temp(701: end), 16)';
% N = size(P_test, 2);
%% 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
% 将数据平铺成1维数据只是一种处理方式
% 也可以平铺成2维数据,以及3维数据,需要修改对应模型结构
% 但是应该始终和输入层数据结构保持一致
P_train = double(reshape(P_train, f_, 1, 1, M));
P_test = double(reshape(P_test , f_, 1, 1, N));......
三,运行结果
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