【MATLAB】基于VMD-SSA-LSTM的回归预测模型

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简介: 【MATLAB】基于VMD-SSA-LSTM的回归预测模型

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1 基本定义

基于VMD-SSA-LSTM的回归预测模型是一种结合了多种时间序列分析和机器学习技术的综合模型。下面我将分别介绍这三个组成部分的基本原理,并解释它们是如何结合起来进行回归预测的。

  1. 变分模态分解(VMD): 变分模态分解(VMD)是一种用于信号处理的时频分析方法。它通过将一个复杂信号分解为一系列具有不同中心频率和频率宽度的固有模态函数(IMFs)。这些IMFs可以看作是信号的内在振荡模式,它们具有不同的频率特性和能量分布。VMD的目标是自动地将信号分解为一组优化的IMFs,以更好地表示信号的内在结构。
  2. 同步滑动平均(SSA): 同步滑动平均(SSA)是一种时序分析方法,它通过分解信号到不同的成分,然后重建这些成分来分析信号。SSA的核心思想是将信号分解为趋势、周期性和随机成分,每个成分都可以独立地分析和预测。通过这种方式,SSA能够捕捉到信号中的非线性和非平稳特性。
  3. 长短期记忆网络(LSTM): 长短期记忆网络(LSTM)是一种特殊类型的循环神经网络(RNN),它能够学习数据中的长期依赖关系。LSTM通过引入三个门(输入门、遗忘门和输出门)来控制信息的流动,从而解决传统RNN在处理长序列数据时的梯度消失或爆炸问题。LSTM特别适合于时间序列预测任务,因为它可以有效地捕捉时间序列数据中的长期和短期模式。

结合这三个技术,基于VMD-SSA-LSTM的回归预测模型的基本原理如下:

  • 信号分解: 首先,使用VMD将原始时间序列数据分解为多个IMFs,每个IMF代表信号的一个特定频率成分。
  • 成分分析: 然后,对每个IMF使用SSA进行进一步的分解和分析,以提取更详细的信号成分和特征。
  • 特征提取: 从VMD和SSA处理后的信号成分中提取特征,这些特征能够反映信号的内在特性和模式。
  • 模型训练: 使用提取的特征作为输入,训练LSTM模型。LSTM模型学习这些特征与目标变量之间的关系。
  • 预测: 利用训练好的LSTM模型对新的或未知的数据进行回归预测。

这种模型的优势在于它能够结合信号处理和深度学习技术,有效地处理和预测具有复杂动态特性的时间序列数据。通过VMD和SSA的联合应用,可以更准确地捕捉到信号的内在结构和变化趋势,而LSTM则能够利用这些信息进行准确的预测。

2 出图效果

附出图效果如下:

vmdtest1.m运行程序后出图如下:

VMD_SSA_LSTM2.m运行程序后出图如下:

附视频教程操作:

3 代码获取

【MATLAB】基于VMD-SSA-LSTM的回归预测模型

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