基于PSO粒子群优化TCN-LSTM时间卷积神经网络时间序列预测算法matlab仿真

简介: 本内容展示了一种基于粒子群优化(PSO)与时间卷积神经网络(TCN)的时间序列预测方法。通过 MATLAB2022a 实现,完整程序运行无水印,核心代码附详细中文注释及操作视频。算法利用 PSO 优化 TCN 的超参数(如卷积核大小、层数等),提升非线性时间序列预测性能。TCN 结构包含因果卷积层与残差连接,结合 LSTM 构建混合模型,经多次迭代选择最优超参数,最终实现更准确可靠的预测效果,适用于金融、气象等领域。

1.算法运行效果图预览
(完整程序运行后无水印)

1.jpeg
2.jpeg
3.jpeg
4.jpeg
5.jpeg
6.jpeg
7.jpeg

2.算法运行软件版本
matlab2022a

3.部分核心程序
(完整版代码包含详细中文注释和操作步骤视频)

plot(gb1,'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);

xlabel('优化迭代次数');
ylabel('适应度值');



X     = g1;



%设置网络参数 
%卷积核
Nfilter = floor(X(1));%8;  
%卷积核大小
Sfilter = floor(X(2));%5;     
%丢失因子
drops   = X(3);%0.025;  
%残差块
Nblocks = floor(X(4));%4;       
%特征个数
Nfeats  = Dims;      






%设置网络参数 
lgraph=func_layers2(Dims,Dimso,X);



%参数设置
options = trainingOptions("adam",...          
          'InitialLearnRate',X(5),...        
          'MaxEpochs',500,...               
          'miniBatchSize',2,...               
          'Plots','training-progress',...     
          'Verbose', false);                     


%训练
[net,INFO] = trainNetwork(Ptrain_reshape, Ttrain_reshape, lgraph, options);

Rerr = INFO.TrainingRMSE;
Rlos = INFO.TrainingLoss;


figure
subplot(211)
plot(Rerr)
xlabel('迭代次数')
ylabel('RMSE')
grid on

subplot(212)
plot(Rlos)
xlabel('迭代次数')
ylabel('LOSS')
grid on



%仿真预测
tmps   = predict(net, Ptest_reshape ); 
T_pred = double(tmps{1, 1});
%反归一化
T_pred = mapminmax('reverse', T_pred, vmax2);
ERR    = mean(abs(T_test-T_pred));
ERR

figure
plot(T_test, 'b','LineWidth', 1)
hold on
plot(T_pred, 'r','LineWidth', 1)
legend('真实值','预测值')
xlabel('预测样本')
ylabel('预测结果')
grid on

figure
plotregression(T_test,T_pred,['回归']);

save R2.mat Rerr Rlos T_test T_pred ERR gb1

4.算法理论概述
时间序列预测在众多领域如金融、气象、工业生产等有着广泛的应用。准确预测时间序列的未来趋势对于决策制定、资源分配、风险评估等方面具有重要意义。传统的时间序列预测方法如 ARIMA 等在处理复杂的非线性时间序列时存在一定的局限性。随着深度学习技术的发展,时间卷积神经网络(TCN)因其能够自动学习时间序列中的复杂模式和特征,在时间序列预测中表现出良好的性能。然而,TCN 的性能高度依赖于其超参数的设置,如卷积核大小、层数、扩张率等。PSO(粒子群优化)则可以用于优化 TCN 的参数,以提高预测性能。,能够在复杂的搜索空间中找到接近最优的解,将其应用于 TCN 的超参数优化,可以进一步提高 TCN 的预测性能,从而实现更准确、可靠的时间序列预测。

  TCN 主要由一系列的因果卷积层(Causal Convolution Layer)和残差连接(Residual Connection)组成。

image.png

   对于种群中的每一个染色体(即一组超参数设置),构建相应的 TCN-LSTM 模型,并使用训练集数据对其进行训练。训练过程中采用合适的损失函数(如前面提到的基于预测误差的函数)和优化算法(如 Adam 等)来调整 TCN-LSTM 的权重参数。训练完成后,使用测试集数据对 TCN-LSTM 模型进行评估,计算其适应度值(如基于预测误差的适应度函数)。       

   经过多次迭代后,选择适应度值最高的染色体所对应的 TCN-LSTM 超参数设置,使用这些超参数构建最终的 TCN-LSTM 模型,并使用全部的训练数据对其进行重新训练,得到优化后的 TCN-LSTM 时间序列预测模型。
相关文章
|
7天前
|
机器学习/深度学习 算法 调度
14种智能算法优化BP神经网络(14种方法)实现数据预测分类研究(Matlab代码实现)
14种智能算法优化BP神经网络(14种方法)实现数据预测分类研究(Matlab代码实现)
|
19天前
|
机器学习/深度学习 并行计算 算法
粒子群算法优化RBF神经网络的MATLAB实现
粒子群算法优化RBF神经网络的MATLAB实现
212 123
|
7天前
|
机器学习/深度学习 并行计算 算法
【CPOBP-NSWOA】基于豪冠猪优化BP神经网络模型的多目标鲸鱼寻优算法研究(Matlab代码实现)
【CPOBP-NSWOA】基于豪冠猪优化BP神经网络模型的多目标鲸鱼寻优算法研究(Matlab代码实现)
|
18天前
|
机器学习/深度学习 传感器 算法
【表面粗糙度】基于粒子群PSO算法优化-BP神经网络的表面粗糙度研究(Matlab代码实现)
【表面粗糙度】基于粒子群PSO算法优化-BP神经网络的表面粗糙度研究(Matlab代码实现)
123 7
|
7天前
|
机器学习/深度学习 编解码 并行计算
【创新未发表!】基于BKA算法优化-BP、HO算法优化-BP、CP算法优化-BP、GOOSE算法优化-BP、NRBO算法优化-BP神经网络回归预测比较研究(Matlab代码)
【创新未发表!】基于BKA算法优化-BP、HO算法优化-BP、CP算法优化-BP、GOOSE算法优化-BP、NRBO算法优化-BP神经网络回归预测比较研究(Matlab代码)
|
15天前
|
机器学习/深度学习 传感器 数据采集
基于贝叶斯优化CNN-LSTM混合神经网络预测(Matlab代码实现)
基于贝叶斯优化CNN-LSTM混合神经网络预测(Matlab代码实现)
|
20天前
|
机器学习/深度学习 数据采集 运维
改进的遗传算法优化的BP神经网络用于电厂数据的异常检测和故障诊断
改进的遗传算法优化的BP神经网络用于电厂数据的异常检测和故障诊断
|
4天前
|
机器学习/深度学习 算法 调度
基于NSGA-III算法求解微电网多目标优化调度研究(Matlab代码实现)
基于NSGA-III算法求解微电网多目标优化调度研究(Matlab代码实现)
|
2天前
|
传感器 算法 数据挖掘
基于协方差交叉(CI)的多传感器融合算法matlab仿真,对比单传感器和SCC融合
基于协方差交叉(CI)的多传感器融合算法,通过MATLAB仿真对比单传感器、SCC与CI融合在位置/速度估计误差(RMSE)及等概率椭圆上的性能。采用MATLAB2022A实现,结果表明CI融合在未知相关性下仍具鲁棒性,有效降低估计误差。
|
4天前
|
负载均衡 算法 调度
基于遗传算法的新的异构分布式系统任务调度算法研究(Matlab代码实现)
基于遗传算法的新的异构分布式系统任务调度算法研究(Matlab代码实现)
60 11

热门文章

最新文章