多维时序 | MATLAB实现BiTCN-selfAttention自注意力机制结合双向时间卷积神经网络多变量时间序列预测

预测效果

基本介绍

1.Matlab实现BiTCN-Attention双向时间卷积神经网络融合注意力机制多变量时间序列预测；
自注意力层 (Self-Attention)：Self-Attention自注意力机制是一种用于模型关注输入序列中不同位置相关性的机制。它通过计算每个位置与其他位置之间的注意力权重，进而对输入序列进行加权求和。自注意力能够帮助模型在处理序列数据时，对不同位置的信息进行适当的加权，从而更好地捕捉序列中的关键信息。在时序预测任务中，自注意力机制可以用于对序列中不同时间步之间的相关性进行建模。
2.运行环境为Matlab2023a及以上；
3.data为数据集，输入多个特征，输出单个变量，考虑历史特征的影响，多变量时间序列预测，BiTCN_selfAttNTS.m为主程序，运行即可,所有文件放在一个文件夹；
4.命令窗口输出R2、MSE、MAE、MAPE和MBE多指标评价；

模型描述

BiTCN-Attention是一种结合了双向时间卷积神经网络（BiTCN）和注意力机制（Attention）的模型，用于多变量时间序列预测。这种模型能够有效地处理具有复杂时间依赖性和多个相关变量的数据集，通过捕获这些变量之间的长期和短期关系，以及不同时间点上的重要性，来提高预测的准确性。

在BiTCN-Attention模型中，双向时间卷积神经网络用于捕获时间序列数据中的时间依赖关系。与传统的单向卷积神经网络相比，双向卷积神经网络能够同时考虑输入序列的前向和后向信息，从而更全面地理解数据的上下文。这使得模型能够更准确地捕捉时间序列中的复杂模式。

注意力机制则进一步增强了模型的性能。它允许模型根据输入数据的重要性自动调整权重，从而关注对预测结果更为关键的信息。这种机制使得模型能够在处理多变量时间序列时，对不同变量以及不同时间点上的数据进行有针对性的学习，提高了预测的准确性。

通过将双向时间卷积神经网络和注意力机制相结合，BiTCN-Attention模型能够更好地处理具有复杂性和动态性的多变量时间序列数据。它可以在多个领域得到应用，如金融预测、能源管理、交通流量预测等，帮助人们更好地理解数据的内在规律，从而做出更准确的决策。

程序设计

• 完整程序和数据获取方式私信博主回复MATLAB实现BiTCN-selfAttention自注意力机制结合双向时间卷积神经网络多变量时间序列预测。

%%  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
res =xlsread('data.xlsx');

%%  数据分析
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
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);

f_ = size(P_train, 1);                  % 输入特征维度

%%  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);

%%  参数设置
options = trainingOptions('adam', ...      % Adam 梯度下降算法
    'MaxEpochs', 800, ...                  % 最大迭代次数
    'InitialLearnRate', 1e-2, ...          % 初始学习率为0.01
    'LearnRateSchedule', 'piecewise', ...  % 学习率下降
    'LearnRateDropFactor', 0.1, ...        % 学习率下降因子 0.5
    'LearnRateDropPeriod', 100, ...        % 经过100次训练后 学习率为 0.01 * 0.1
    'Shuffle', 'every-epoch', ...          % 每次训练打乱数据集
    'Plots', 'training-progress', ...      % 画出曲线
    'Verbose', false);

参考资料

[1] http://t.csdn.cn/pCWSp
[2] https://download.csdn.net/download/kjm13182345320/87568090?spm=1001.2014.3001.5501
[3] https://blog.csdn.net/kjm13182345320/article/details/129433463?spm=1001.2014.3001.5501