基于GA遗传优化的CNN-GRU的时间序列回归预测matlab仿真

本文涉及的产品
全球加速 GA,每月750个小时 15CU
简介: 摘要:使用MATLAB2022a,展示了一种基于遗传算法优化的CNN-GRU时间序列预测模型,融合遗传算法与深度学习,提升预测精度。遗传算法负责优化模型超参数,如学习率和神经元数量,以最小化均方误差。CNN负责特征提取,GRU处理序列数据中的长期依赖。流程包括初始化、评估、选择、交叉、变异和迭代,旨在找到最佳超参数组合。

1.算法运行效果图预览

1.jpeg
2.jpeg
3.jpeg

2.算法运行软件版本
MATLAB2022a

3.部分核心程序

plot(Error2,'linewidth',2);
grid on
xlabel('迭代次数');
ylabel('遗传算法优化过程');
legend('Average fitness');



[V,I] = min(JJ);
X     = phen1(I,:);

LR             = X(1);
numHiddenUnits1 = floor(X(2))+1;% 定义隐藏层中LSTM单元的数量
numHiddenUnits2 = floor(X(3))+1;% 定义隐藏层中LSTM单元的数量
%CNN-GRU
layers = func_model2(Dim,numHiddenUnits1,numHiddenUnits2);
%训练
[Net,INFO] = trainNetwork(Nsp_train2, NTsp_train, layers, options);
IT  =[1:length(INFO.TrainingLoss)];
Accuracy=INFO.TrainingRMSE;
figure;
plot(IT(1:1:end),Accuracy(1:1:end));
xlabel('epoch');
ylabel('RMSE');
%数据预测
Dpre1 = predict(Net, Nsp_train2);
Dpre2 = predict(Net, Nsp_test2);

%归一化还原
T_sim1=Dpre1*Vmax2;
T_sim2=Dpre2*Vmax2;


%网络结构
analyzeNetwork(Net)


figure
subplot(211);
plot(1: Num1, Tat_train,'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);
hold on
plot(1: Num1, T_sim1,'g',...
    'LineWidth',2,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);

legend('真实值', '预测值')
xlabel('预测样本')
ylabel('预测结果')
grid on

subplot(212);
plot(1: Num1, Tat_train-T_sim1','-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);

xlabel('预测样本')
ylabel('预测误差')
grid on
ylim([-50,50]);
figure
subplot(211);
plot(1: Num2, Tat_test,'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);
hold on
plot(1: Num2, T_sim2,'g',...
    'LineWidth',2,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);
legend('真实值', '预测值')
xlabel('测试样本')
ylabel('测试结果')
grid on
subplot(212);
plot(1: Num2, Tat_test-T_sim2','-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);

xlabel('预测样本')
ylabel('预测误差')
grid on
ylim([-50,50]);


save R2.mat Num2 Tat_test T_sim2 IT Accuracy Error2
141

4.算法理论概述
基于遗传算法(Genetic Algorithm, GA)优化的CNN-GRU(卷积神经网络-门控循环单元)时间序列回归预测模型,是融合了遗传算法的优化能力和深度学习模型的表达力的一种高级预测框架。该模型通过结合CNN在特征提取上的优势和GRU在处理序列数据中的高效记忆机制,实现了对时间序列数据的深入理解和未来值的精确预测。同时,利用遗传算法对模型超参数进行优化,能够进一步提升模型的预测性能。

   遗传算法是一种借鉴自然选择和遗传机制的启发式搜索算法,通过模拟生物进化过程中的“选择”、“交叉”(杂交)、“变异”等操作,来寻找问题的最优解。在CNN-GRU模型的超参数优化中,GA的目标是探索出能使模型预测性能(如均方误差最小化或准确率最大化)最佳的超参数组合,这些超参数可能包括学习率、网络层数、神经元数量、批次大小等。

4.1 CNN-GRU模型架构
image.png

GRU作为LSTM的简化版,同样用于捕获序列中的长期依赖,但具有更少的门控机制.

4.2 GA优化CNN-GRU流程
初始化:随机生成初始种群,每个个体代表一组超参数配置。
评估:应用每组超参数配置训练CNN-GRU模型,并在验证集上评估其性能。
选择:根据评估性能选择适应度较高的个体进入下一代,常用的有轮盘赌选择、锦标赛选择等。
交叉:对选定的个体执行交叉操作,交换它们的部分基因(即超参数),以产生新个体。
变异:按照一定概率对个体的某些基因进行小幅度修改,增加种群多样性。
迭代:重复上述过程直到达到预定的迭代次数或满足停止准则。

相关文章
|
13天前
|
算法 数据安全/隐私保护
基于GA遗传算法的悬索桥静载试验车辆最优布载matlab仿真
本程序基于遗传算法(GA)实现悬索桥静载试验车辆最优布载的MATLAB仿真(2022A版)。目标是自动化确定车辆位置,使加载效率ηq满足0.95≤ηq≤1.05且尽量接近1,同时减少车辆数量与布载时间。核心原理通过优化模型平衡最小车辆使用与ηq接近1的目标,并考虑桥梁载荷、车辆间距等约束条件。测试结果展示布载方案的有效性,适用于悬索桥承载能力评估及性能检测场景。
|
1月前
|
存储 算法 调度
基于和声搜索优化算法的机器工作调度matlab仿真,输出甘特图
本程序基于和声搜索优化算法(Harmony Search, HS),实现机器工作调度的MATLAB仿真,输出甘特图展示调度结果。算法通过模拟音乐家即兴演奏寻找最佳和声的过程,优化任务在不同机器上的执行顺序,以最小化完成时间和最大化资源利用率为目标。程序适用于MATLAB 2022A版本,运行后无水印。核心参数包括和声记忆大小(HMS)等,适应度函数用于建模优化目标。附带完整代码与运行结果展示。
|
13天前
|
算法 JavaScript 数据安全/隐私保护
基于GA遗传优化的最优阈值计算认知异构网络(CHN)能量检测算法matlab仿真
本内容介绍了一种基于GA遗传优化的阈值计算方法在认知异构网络(CHN)中的应用。通过Matlab2022a实现算法,完整代码含中文注释与操作视频。能量检测算法用于感知主用户信号,其性能依赖检测阈值。传统固定阈值方法易受噪声影响,而GA算法通过模拟生物进化,在复杂环境中自动优化阈值,提高频谱感知准确性,增强CHN的通信效率与资源利用率。预览效果无水印,核心程序部分展示,适合研究频谱感知与优化算法的学者参考。
|
5天前
|
机器学习/深度学习 算法 Python
matlab思维进化算法优化BP神经网络
matlab思维进化算法优化BP神经网络
|
1月前
|
机器学习/深度学习 算法 数据安全/隐私保护
基于GA遗传优化TCN-GRU时间卷积神经网络时间序列预测算法matlab仿真
本项目基于MATLAB2022a开发,提供无水印算法运行效果预览及核心程序(含详细中文注释与操作视频)。通过结合时间卷积神经网络(TCN)和遗传算法(GA),实现复杂非线性时间序列的高精度预测。TCN利用因果卷积层与残差连接提取时间特征,GA优化超参数(如卷积核大小、层数等),显著提升模型性能。项目涵盖理论概述、程序代码及完整实现流程,适用于金融、气象、工业等领域的时间序列预测任务。
|
1月前
|
算法 定位技术 数据安全/隐私保护
基于遗传优化算法的多AGV栅格地图路径规划matlab仿真
本程序基于遗传优化算法实现多AGV栅格地图路径规划的MATLAB仿真(测试版本:MATLAB2022A)。支持单个及多个AGV路径规划,输出路径结果与收敛曲线。核心程序代码完整,无水印。算法适用于现代工业与物流场景,通过模拟自然进化机制(选择、交叉、变异)解决复杂环境下的路径优化问题,有效提升效率并避免碰撞。适合学习研究多AGV系统路径规划技术。
125 12
|
1月前
|
算法 数据安全/隐私保护
基于GA遗传算法的斜拉桥静载试验车辆最优布载matlab仿真
本程序基于遗传算法(GA)实现斜拉桥静载试验车辆最优布载的MATLAB仿真,旨在自动化确定车辆位置以满足加载效率ηq(0.95≤ηq≤1.05)的要求,目标是使ηq尽量接近1,同时减少加载车辆数量和布载耗时。程序通过迭代优化计算车辆位置、方向、类型及占用车道等参数,并展示适应度值收敛过程。测试版本为MATLAB2022A,包含核心代码与运行结果展示。优化模型综合考虑车辆总重量、间距及桥梁允许载荷密度等约束条件,确保布载方案科学合理。
|
2月前
|
机器学习/深度学习 算法 JavaScript
基于GA遗传优化TCN时间卷积神经网络时间序列预测算法matlab仿真
本内容介绍了一种基于遗传算法优化的时间卷积神经网络(TCN)用于时间序列预测的方法。算法运行于 Matlab2022a,完整程序无水印,附带核心代码、中文注释及操作视频。TCN通过因果卷积层与残差连接学习时间序列复杂特征,但其性能依赖超参数设置。遗传算法通过对种群迭代优化,确定最佳超参数组合,提升预测精度。此方法适用于金融、气象等领域,实现更准确可靠的未来趋势预测。
|
2月前
|
机器学习/深度学习 算法 数据安全/隐私保护
基于GA遗传优化TCN-LSTM时间卷积神经网络时间序列预测算法matlab仿真
本项目基于MATLAB 2022a实现了一种结合遗传算法(GA)优化的时间卷积神经网络(TCN)时间序列预测算法。通过GA全局搜索能力优化TCN超参数(如卷积核大小、层数等),显著提升模型性能,优于传统GA遗传优化TCN方法。项目提供完整代码(含详细中文注释)及操作视频,运行后无水印效果预览。 核心内容包括:1) 时间序列预测理论概述;2) TCN结构(因果卷积层与残差连接);3) GA优化流程(染色体编码、适应度评估等)。最终模型在金融、气象等领域具备广泛应用价值,可实现更精准可靠的预测结果。
|
4月前
|
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。
261 10

热门文章

最新文章