matlab使用长短期记忆(LSTM)神经网络对序列数据进行分类

简介: matlab使用长短期记忆(LSTM)神经网络对序列数据进行分类

本示例说明如何使用长短期记忆(LSTM)网络对序列数据进行分类。

要训练深度神经网络对序列数据进行分类,可以使用LSTM网络。LSTM网络使您可以将序列数据输入网络,并根据序列数据的各个时间步进行预测。

本示例使用日语元音数据集。此示例训练LSTM网络来识别给定时间序列数据的说话者,该时间序列数据表示连续讲话的两个日语元音。训练数据包含九位发言人的时间序列数据。每个序列具有12个特征,并且长度不同。数据集包含270个训练观察和370个测试观察。

加载序列数据

加载日语元音训练数据。 XTrain 是包含长度可变的维度12的270个序列的单元阵列。 Y 是标签“ 1”,“ 2”,...,“ 9”的分类向量,分别对应于九个扬声器。中的条目  XTrain 是具有12行(每个要素一行)和不同列数(每个时间步长一列)的矩阵。



XTrain(1:5)
ans=5×1 cell array

{12x20 double}
{12x26 double}
{12x22 double}
{12x20 double}
{12x21 double}

可视化图中的第一个时间序列。每行对应一个特征。



figure
plot(Train')
xlabel("时间步长")
title("训练样本 1")
numFeatures = size(XTrain{1},1);

legend("特征 "

准备填充数据

在训练过程中,默认情况下,该软件默认将训练数据分成小批并填充序列,以使它们具有相同的长度。太多的填充可能会对网络性能产生负面影响。

为防止训练过程增加太多填充,您可以按序列长度对训练数据进行排序,并选择小批量的大小,以使小批量中的序列具有相似的长度。下图显示了对数据进行排序之前和之后的填充序列的效果。

获取每个观察的序列长度。

按序列长度对数据进行排序。

在条形图中查看排序的序列长度。



figure
bar(sequenceLengths)
ylim([0 30])
xlabel("序列")
ylabel("长度")
title("排序后数据")

选择大小为27的小批量可均匀划分训练数据并减少小批量中的数量。下图说明了添加到序列中的填充量。

定义LSTM网络架构

定义LSTM网络体系结构。将输入大小指定为大小为12的序列(输入数据的大小)。指定具有100个隐藏单元的双向LSTM层,并输出序列的最后一个元素。最后,通过包括大小为9的完全连接层,其后是softmax层和分类层,来指定九个类。

如果可以在预测时使用完整序列,则可以在网络中使用双向LSTM层。双向LSTM层在每个时间步都从完整序列中学习。例如,如果您无法在预测时使用整个序列,比如一次预测一个时间步长时,请改用LSTM层。



layers =
5x1 Layer array with layers:
1   ''   Sequence Input          Sequence input with 12 dimensions
2   ''   BiLSTM                  BiLSTM with 100 hidden units
3   ''   Fully Connected         9 fully connected layer
4   ''   Softmax                 softmax
5   ''   Classification Output   crossentropyex

现在,指定训练选项。将优化器指定为  'adam',将梯度阈值指定为1,将最大历元数指定为100。要减少小批量中的填充量,请选择27的小批量大小。与最长序列的长度相同,请将序列长度指定为  'longest'。为确保数据仍按序列长度排序,请指定从不对数据进行随机排序。

由于批处理的序列短,因此训练更适合于CPU。指定  'ExecutionEnvironment' 为  'cpu'。要在GPU上进行训练(如果有),请将设置  'ExecutionEnvironment' 为  'auto' (这是默认值)。

训练LSTM网络

使用指定的训练选项来训练LSTM网络  trainNetwork

测试LSTM网络

加载测试集并将序列分类为扬声器。

加载日语元音测试数据。 XTest 是包含370个长度可变的维度12的序列的单元阵列。 YTest 是标签“ 1”,“ 2”,...“ 9”的分类向量,分别对应于九个扬声器。



XTest(1:3)
ans=3×1 cell array

{12x19 double}
{12x17 double}
{12x19 double}

LSTM网络  net 是使用相似长度的序列进行训练的。确保测试数据的组织方式相同。按序列长度对测试数据进行排序。

分类测试数据。要减少分类过程引入的数据量,请将批量大小设置为27。要应用与训练数据相同的填充,请将序列长度指定为  'longest'

计算预测的分类准确性。



acc = sum(YPred == YTest)./numel(YTest)
acc = 0.9730

相关文章
|
1天前
|
机器学习/深度学习 算法 计算机视觉
基于CNN卷积神经网络的金融数据预测matlab仿真,对比BP,RBF,LSTM
本项目基于MATLAB2022A,利用CNN卷积神经网络对金融数据进行预测,并与BP、RBF和LSTM网络对比。核心程序通过处理历史价格数据,训练并测试各模型,展示预测结果及误差分析。CNN通过卷积层捕捉局部特征,BP网络学习非线性映射,RBF网络进行局部逼近,LSTM解决长序列预测中的梯度问题。实验结果表明各模型在金融数据预测中的表现差异。
|
6月前
|
机器学习/深度学习 数据采集 人工智能
Python实现深度神经网络RNN-LSTM分类模型(医学疾病诊断)
Python实现深度神经网络RNN-LSTM分类模型(医学疾病诊断)
Python实现深度神经网络RNN-LSTM分类模型(医学疾病诊断)
|
5月前
|
机器学习/深度学习 算法 数据挖掘
基于WOA优化的CNN-LSTM的时间序列回归预测matlab仿真
本项目采用MATLAB 2022a实现时间序列预测,利用CNN与LSTM结合的优势,并以鲸鱼优化算法(WOA)优化模型超参数。CNN提取时间序列的局部特征,LSTM处理长期依赖关系,而WOA确保参数最优配置以提高预测准确性。完整代码附带中文注释及操作指南,运行效果无水印展示。
|
5月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 自然语言处理
7.1 NLP经典神经网络 RNN LSTM
该文章介绍了自然语言处理中的情感分析任务,探讨了如何使用深度神经网络,特别是循环神经网络(RNN)和长短时记忆网络(LSTM),来处理和分析文本数据中的复杂情感倾向。
|
6月前
|
机器学习/深度学习 数据采集 自然语言处理
Python实现循环神经网络SimpleRNN、LSTM进行淘宝商品评论情感分析(含爬虫程序)
Python实现循环神经网络SimpleRNN、LSTM进行淘宝商品评论情感分析(含爬虫程序)
Python实现循环神经网络SimpleRNN、LSTM进行淘宝商品评论情感分析(含爬虫程序)
|
7月前
|
机器学习/深度学习 PyTorch 算法框架/工具
RNN、LSTM、GRU神经网络构建人名分类器(三)
这个文本描述了一个使用RNN(循环神经网络)、LSTM(长短期记忆网络)和GRU(门控循环单元)构建的人名分类器的案例。案例的主要目的是通过输入一个人名来预测它最可能属于哪个国家。这个任务在国际化的公司中很重要,因为可以自动为用户注册时提供相应的国家或地区选项。
|
6月前
|
机器学习/深度学习 数据采集 数据挖掘
Python实现循环神经网络RNN-LSTM回归模型项目实战(股票价格预测)
Python实现循环神经网络RNN-LSTM回归模型项目实战(股票价格预测)
|
6月前
|
机器学习/深度学习 算法
基于PSO粒子群优化的CNN-LSTM的时间序列回归预测matlab仿真
**算法预览图省略** - **软件版本**: MATLAB 2022a - **核心代码片段**略 - **PSO-CNN-LSTM概览**: 结合深度学习与优化,解决复杂时间序列预测。 - **CNN**利用卷积捕获时间序列的空间特征。 - **LSTM**通过门控机制处理长序列依赖,避免梯度问题。 - **流程**: 1. 初始化粒子群,每个粒子对应CNN-LSTM参数。 2. 训练模型,以验证集MSE评估适应度。 3. 使用PSO更新粒子参数,寻找最佳配置。 4. 迭代优化直到满足停止条件,如最大迭代次数或找到优良解。
|
5月前
|
安全
【2023高教社杯】D题 圈养湖羊的空间利用率 问题分析、数学模型及MATLAB代码
本文介绍了2023年高教社杯数学建模竞赛D题的圈养湖羊空间利用率问题,包括问题分析、数学模型建立和MATLAB代码实现,旨在优化养殖场的生产计划和空间利用效率。
253 6
【2023高教社杯】D题 圈养湖羊的空间利用率 问题分析、数学模型及MATLAB代码
|
5月前
|
存储 算法 搜索推荐
【2022年华为杯数学建模】B题 方形件组批优化问题 方案及MATLAB代码实现
本文提供了2022年华为杯数学建模竞赛B题的详细方案和MATLAB代码实现,包括方形件组批优化问题和排样优化问题,以及相关数学模型的建立和求解方法。
149 3
【2022年华为杯数学建模】B题 方形件组批优化问题 方案及MATLAB代码实现

热门文章

最新文章