[开源] 基于transformer的时间序列预测模型python代码

news2024/12/24 3:16:49

分享一下基于transformer的时间序列预测模型python代码,给大家,记得点赞哦

#!/usr/bin/env python
# coding: 帅帅的笔者

import torch
import torch.nn as nn
import numpy as np
import pandas as pd
import time
import math
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler

# Set random seeds for reproducibility
torch.manual_seed(0)
np.random.seed(0)

# Hyperparameters
input_window = 10
output_window = 1
batch_size = 250
device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
epochs = 100
lr = 0.00005

# Load data
df = pd.read_csv("data1.csv", parse_dates=["value"], index_col=[0], encoding='gbk')
data = np.array(df['value']).reshape(-1, 1)

# Normalize data
scaler = MinMaxScaler(feature_range=(-1, 1))
data_normalized = scaler.fit_transform(data)

# Split the data into train and validation sets
train_ratio = 0.828
train_size = int(len(data) * train_ratio)
val_size = len(data) - train_size
train_data_normalized = data_normalized[:train_size]
val_data_normalized = data_normalized[train_size:]

# Define the Transformer model
class PositionalEncoding(nn.Module):
    def __init__(self, d_model, max_len=5000):
        super(PositionalEncoding, self).__init__()
        pe = torch.zeros(max_len, d_model)
        position = torch.arange(0, max_len, dtype=torch.float).unsqueeze(1)
        div_term = torch.exp(torch.arange(0, d_model, 2).float() * (-math.log(10000.0) / d_model))
        pe[:, 0::2] = torch.sin(position * div_term)
        pe[:, 1::2] = torch.cos(position * div_term)
        pe = pe.unsqueeze(0).transpose(0, 1)
        self.register_buffer('pe', pe)

    def forward(self, x):
        return x + self.pe[:x.size(0), :]

class TransAm(nn.Module):
    def __init__(self, feature_size=250, num_layers=1, dropout=0.1):
        super(TransAm, self).__init__()
        self.model_type = 'Transformer'
        self.src_mask = None
        self.pos_encoder = PositionalEncoding(feature_size)
        self.encoder_layer = nn.TransformerEncoderLayer(d_model=feature_size, nhead=10, dropout=dropout)
        self.transformer_encoder = nn.TransformerEncoder(self.encoder_layer, num_layers=num_layers)
        self.decoder = nn.Linear(feature_size, 1)
        self.init_weights()

    def init_weights(self):
        initrange = 0.1
        self.decoder.bias.data.zero_()
        self.decoder.weight.data.uniform_(-initrange, initrange)

    def forward(self, src):
        if self.src_mask is None or self.src_mask.size(0) != len(src):
            device = src.device
            mask = self._generate_square_subsequent_mask(len(src)).to(device)
            self.src_mask = mask

        src = self.pos_encoder(src)
        output = self.transformer_encoder(src, self.src_mask)
        output = self.decoder(output)
        return output

    def _generate_square_subsequent_mask(self, sz):
        mask = (torch.triu(torch.ones(sz, sz)) == 1).transpose(0, 1)
        mask = mask.float().masked_fill(mask == 0, float('-inf')).masked_fill(mask == 1, float(0.0))
        return mask



# Create the dataset for the model
def create_inout_sequences(data, input_window, output_window):
    inout_seq = []
    length = len(data)
    for i in range(length - input_window - output_window):
        train_seq = data[i:i+input_window]
        train_label = data[i+input_window:i+input_window+output_window]
        inout_seq.append((train_seq, train_label))
    return inout_seq

train_data = create_inout_sequences(train_data_normalized, input_window, output_window)
val_data = create_inout_sequences(val_data_normalized, input_window, output_window)

# Train the model
model = TransAm().to(device)
criterion = nn.MSELoss()
optimizer = torch.optim.AdamW(model.parameters(), lr=lr)
scheduler = torch.optim.lr_scheduler.StepLR(optimizer, 1.0, gamma=0.95)

def train(train_data):
    model.train()
    total_loss = 0.
    for i in range(0, len(train_data) - 1, batch_size):
        data, targets = torch.stack([torch.tensor(item[0], dtype=torch.float32) for item in train_data[i:i+batch_size]]).to(device), torch.stack([torch.tensor(item[1], dtype=torch.float32) for item in train_data[i:i+batch_size]]).to(device)
        optimizer.zero_grad()
        output = model(data)
        loss = criterion(output, targets)
        loss.backward()
        torch.nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), 0.5)
        optimizer.step()
        total_loss += loss.item()
    return total_loss / len(train_data)

def validate(val_data):
    model.eval()
    total_loss = 0.
    with torch.no_grad():
        for i in range(0, len(val_data) - 1, batch_size):
            data, targets = torch.stack([torch.tensor(item[0], dtype=torch.float32) for item in val_data[i:i+batch_size]]).to(device), torch.stack([torch.tensor(item[1], dtype=torch.float32) for item in val_data[i:i+batch_size]]).to(device)
            output = model(data)
            loss = criterion(output, targets)
            total_loss += loss.item()
    return total_loss / len(val_data)




best_val_loss = float("inf")
best_model = None

for epoch in range(1, epochs + 1):
    epoch_start_time = time.time()
    train_loss = train(train_data)
    val_loss = validate(val_data)
    scheduler.step()

    if val_loss < best_val_loss:
        best_val_loss = val_loss
        best_model = model

# Predict and denormalize the data
def predict(model, dataset):
    model.eval()
    predictions = []
    actuals = []
    with torch.no_grad():
        for i in range(len(dataset)):
            data, target = dataset[i]
            data = torch.tensor(data, dtype=torch.float32).to(device)
            output = model(data.unsqueeze(0))
            prediction = output.squeeze().cpu().numpy()
            predictions.append(prediction)
            actuals.append(target)
    return np.array(predictions), np.array(actuals)

predictions, actuals = predict(best_model, val_data)
print("Predictions shape:", predictions.shape)
print("Actuals shape:", actuals.shape)

predictions_denorm = scaler.inverse_transform(predictions)
actuals_denorm = scaler.inverse_transform(actuals.flatten().reshape(-1, 1))

# Plot the results
plt.plot(predictions_denorm, label='Predictions')
plt.plot(actuals_denorm, label='Actuals')
plt.legend(['Predictions', 'Actuals'])
plt.xlabel('Timestep')
plt.ylabel('High')
plt.legend()
plt.show()






更多时间序列预测代码:时间序列预测算法全集合--深度学习

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/1579536.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

UI自动化测试重点思考(下)--装饰器/生成器/夹具的使用/描述符的作用/ddt驱动/多线程

UI自动化测试重点思考--装饰器 装饰器装饰器定义装饰器代码示例装饰器的执行如何将装饰器融合到pytest框架里面 生成器创建生成器生成器的定义如何将生成器融合到pytest框架里面 fixture&#xff08;夹具&#xff09;使用pytest fixture 中 scope 参数的详细解释 描述符的总结描…

大话设计模式——16.命令模式(Command Pattern)

简介 请求以命令的形式包裹在对象中&#xff0c;并传给调用对象。调用对象寻找可以处理该命令的对象进行执行。命令模式是一种特殊的策略模式&#xff0c;体现多个策略执行的问题&#xff0c;而不是选择的问题 UML图 应用场景 界面选择、键盘、按钮、事件操作都类似命令模式 …

桌面图标不见了怎么恢复?3个轻松恢复方法请记好!

“我今天刚刚打开电脑就发现我电脑桌面的图标不见了&#xff0c;这是为什么呢&#xff1f;有什么方法可以帮助我快速找回这些图标吗&#xff1f;非常感谢&#xff01;” 在日常使用电脑的过程中&#xff0c;有时我们会突然发现桌面上的图标不见了&#xff0c;这往往会让人感到困…

断点续传-视频文件的分块和合并

目录 一&#xff0c;前言 二&#xff0c;断点续传 三&#xff0c;断点续传流程: 四&#xff0c;java代码测试分块和合并 视频文件分块: 视频文件合并: 五&#xff0c;应用&#xff08;简单了解&#xff09; 一&#xff0c;前言 通常视频文件都比较大&#xff0c;项目中…

读博做FPGA上的AI加速能不能搞啊?

从企业的角度来看&#xff0c;选择在FPGA上进行AI加速仍然有其一定的优势和适用场景&#xff0c;但也有一些挑战需要考虑。我这里有一套嵌入式入门教程&#xff0c;不仅包含了详细的视频讲解&#xff0c;项目实战。如果你渴望学习嵌入式&#xff0c;不妨点个关注&#xff0c;给…

人工智能_大模型023_AssistantsAPI_01_OpenAI助手的创建_API的调用_生命周期管理_对话服务创建---人工智能工作笔记0159

先来说一下一些问题: 尽量不要微调,很麻烦,而且效果需要自己不断的去测试. 如果文档中有图表,大量的图片去分析就不合适了. 是否用RAG搜索,这个可以这样来弄,首先去es库去搜能直接找到答案可以就不用去RAG检索了,也可以设置一个分,如果低于60分,那么就可以去进行RAG检索 微…

网络通信流程

建立完tcp请求再发起http请求 开启系统代理之后&#xff0c;以clash verge为例 127.0.0.1:7897&#xff0c;假设hci.baidu.com的IP为153.37.235.50 发起对hci.baidu.com的HTTP请求&#xff0c;由于开启了系统代理不进行DNS解析&#xff0c;浏览器调用socket()获得一个socket&a…

平面图设计利器:推荐4款好用软件助你完成任务!

在移动应用程序或网页UI设计项目中&#xff0c;平面图软件是必不可少的。市场上的平面图绘制软件层出不穷。UI设计师有必要了解如何找到一款简单易用、专业的平面图绘制软件。本文将分享四款流行的平面图绘制软件&#xff0c;每一款都具有不同的设计功能、易学性和性价比。 即…

基于单片机数码管20V电压表仿真设计

**单片机设计介绍&#xff0c;基于单片机数码管20V电压表仿真设计 文章目录 一 概要二、功能设计设计思路 三、 软件设计原理图 五、 程序六、 文章目录 一 概要 基于单片机数码管20V电压表仿真设计的主要目的是通过单片机和数码管显示电路实现一个能够测量0到20V直流电压的电…

【Redis系列】Spring Boot 集成 Redis 实现缓存功能

&#x1f49d;&#x1f49d;&#x1f49d;欢迎来到我的博客&#xff0c;很高兴能够在这里和您见面&#xff01;希望您在这里可以感受到一份轻松愉快的氛围&#xff0c;不仅可以获得有趣的内容和知识&#xff0c;也可以畅所欲言、分享您的想法和见解。 推荐:kwan 的首页,持续学…

机器学习知识点

1鸢尾花分类 鸢尾花分类问题是一个经典的机器学习问题&#xff0c;旨在根据鸢尾花的花萼长度、花萼宽度、花瓣长度和花瓣宽度等特征&#xff0c;将鸢尾花分成三个品种&#xff1a;山鸢尾&#xff08;setosa&#xff09;、变色鸢尾&#xff08;versicolor&#xff09;和维吉尼亚…

云服务器的特点

云服务器是一种基于云计算技术的服务器服务&#xff0c;它提供了可灵活扩展的计算资源和环境。Rak部落小编为您整理发布云服务器的特点&#xff0c;希望对您有帮助。 以下是云服务器的一些主要特点&#xff1a; 1. **灵活性**&#xff1a;云服务器允许用户根据业务需求灵活地配…

经纬恒润首个重卡车身域控制器成功量产

近日&#xff0c;经纬恒润自主研发的首个商用车车身域控制器已搭载江淮格尔发K7成功量产。此次量产成功&#xff0c;将助力江淮格尔发K7的智能舒适性提升&#xff0c;配合江淮L2级智能驾驶系统&#xff0c;大大提高终端用户的使用体验。 伴随软件定义汽车和汽车智能化、网联化…

达梦关键字(如:XML,EXCHANGE,DOMAIN,link等)配置忽略

背景&#xff1a;在使用达梦数据库时&#xff0c;查询SQL中涉及XML,EXCHANGE,DOMAIN,link字段&#xff0c;在达梦中是关键字&#xff0c;SQL报关键词不能使用的错误。 解决办法&#xff1a; 配置达梦安装文件E:\MyJava\dmdbms\data\DAMENG\dm.ini 忽略这些关键词&#xff0c;…

windows安装使用nacos

1.下载安装包 网址&#xff1a;Releases alibaba/nacos GitHub 2.解压&#xff0c;bin目录下修改启动脚本为单机 3.修改数据库配置&#xff0c;使用本地mysql数据库 3.1 创建nacos数据库 3.2 执行 nacos\conf 目录下数据库脚本 4.修改nacos\conf目录下数据库配置 5.点击运…

【AOP入门案例深解析】

AOP 1.AOP简介 AOP&#xff08;Aspect Oriented Programming&#xff09;面向切面编程&#xff0c;是一种编程范式&#xff0c;指导开发者如何组织程序结构 OOP&#xff08;Object Oriented Programming&#xff09;面向对象编程 作用&#xff1a;在步惊动原始设计的基础上进行…

第二证券|“元素周期表”行情延续 资源股牛市引发激辩

4月8日&#xff0c;以黄金等贵金属、铜等工业金属为首的周期板块继续狂飙。无论是现货&#xff0c;仍是商品期货&#xff0c;抑或是股票商场的资源股&#xff0c;价格均在继续扬升。赛道股和周期股的“跷跷板”效应接连&#xff0c;医药、光伏、芯片等板块普跌。 截至收盘&…

统信UOS系统初识--研发岗

第一步 获取root权限 配置环境等都需要用到root权限&#xff0c;所以我们先获取到root权限&#xff0c;方便下面的操作 下载软件 在UOS应用商店下载的所需应用 版本都比较低 安装node 官网下载了【arm64】的包&#xff0c;解压到指定文件夹&#xff0c;设置链接&#xff0…

Codeforces Round 938 (Div. 3) (A~E)

Codeforces Round 938 (Div. 3) (A~E) 目录&#xff1a;A B C D E A题&#xff1a;Yogurt Sale 标签: 数学&#xff08;math&#xff09; 题目大意 酸奶价格&#xff0c; a 元一份&#xff0c;b元两份n问&#xff1a;买n份最少多少钱 思路 a元一份&#xff0c;b元两份&#…

css实现各级标题自动编号

本文在博客同步发布&#xff0c;您也可以在这里看到最新的文章 Markdown编辑器大多不会提供分级标题的自动编号功能&#xff0c;但我们可以通过简单的css样式设置实现。 本文介绍了使用css实现各级标题自动编号的方法&#xff0c;本方法同样适用于typora编辑器和wordpress主题…