回归预测 | MATLAB实现CNN-BiLSTM-Attention多输入单输出回归预测

回归预测 | MATLAB实现CNN-BiLSTM-Attention多输入单输出回归预测

预测效果

基本介绍

MATLAB实现CNN-BiLSTM-Attention多输入单输出回归预测，CNN-BiLSTM结合注意力机制多输入单输出回归预测。

模型描述

Matlab实现CNN-BiLSTM-Attention多变量回归预测
1.data为数据集，格式为excel，7个输入特征，1个输出特征；
2.MainCNN_BiLSTM_Attention.m为主程序文件，运行即可；
3.命令窗口输出R2、MAE、MAPE、MSE和MBE，可在下载区获取数据和程序内容；

注意程序和数据放在一个文件夹，运行环境为Matlab200b及以上。
4.注意力机制模块：
SEBlock（Squeeze-and-Excitation Block）是一种聚焦于通道维度而提出一种新的结构单元，为模型添加了通道注意力机制，该机制通过添加各个特征通道的重要程度的权重，针对不同的任务增强或者抑制对应的通道，以此来提取有用的特征。该模块的内部操作流程如图，总体分为三步：首先是Squeeze 压缩操作，对空间维度的特征进行压缩，保持特征通道数量不变。融合全局信息即全局池化，并将每个二维特征通道转换为实数。实数计算公式如公式所示。该实数由k个通道得到的特征之和除以空间维度的值而得，空间维数为H*W。其次是Excitation激励操作，它由两层全连接层和Sigmoid函数组成。如公式所示，s为激励操作的输出，σ为激活函数sigmoid，W2和W1分别是两个完全连接层的相应参数，δ是激活函数ReLU，对特征先降维再升维。最后是Reweight操作，对之前的输入特征进行逐通道加权，完成原始特征在各通道上的重新分配。

程序设计

• 完整程序和数据获取方式1：同等价值程序兑换；
• 完整程序和数据获取方式2：私信博主获取。

%  参数设置
options = trainingOptions('adam', ...                 % 优化算法Adam
    'MaxEpochs', 100, ...                            % 最大训练次数
    'MiniBatchSize',25,...
    'GradientThreshold', 1, ...                       % 梯度阈值
    'InitialLearnRate', 0.01, ...                    % 初始学习率
    'LearnRateSchedule', 'piecewise', ...             % 学习率调整
    'LearnRateDropPeriod', 70, ...                   % 训练60次后开始调整学习率
    'LearnRateDropFactor',0.2, ...                    % 学习率调整因子
    'L2Regularization', 0.001, ...                    % 正则化参数
    'ExecutionEnvironment', 'cpu',...                 % 训练环境
    'Verbose', 0, ...                                 % 关闭优化过程
    'Plots', 'training-progress');                    % 画出曲线

%  训练
net = trainNetwork(vp_train, vt_train, layers, options);
%analyzeNetwork(net);% 查看网络结构
%  预测
t_sim1 = predict(net, vp_train); 
t_sim2 = predict(net, vp_test); 

%  数据反归一化
T_sim1 = mapminmax('reverse', t_sim1, ps_output);
T_sim2 = mapminmax('reverse', t_sim2, ps_output);
T_train1 = T_train;
T_test2 = T_test;

%  数据格式转换
T_sim1 = cell2mat(T_sim1);% cell2mat将cell元胞数组转换为普通数组
T_sim2 = cell2mat(T_sim2);

% 指标计算
disp('训练集误差指标')
[mae1,rmse1,mape1,r1,error1]=calc_error(T_train1,T_sim1');
fprintf('\n')

disp('测试集误差指标')
[mae2,rmse2,mape2,r2,error2]=calc_error(T_test2,T_sim2');
fprintf('\n')
toc
%  参数设置
options = trainingOptions('adam', ...                 % 优化算法Adam
    'MaxEpochs', 100, ...                            % 最大训练次数
    'MiniBatchSize',25,...
    'GradientThreshold', 1, ...                       % 梯度阈值
    'InitialLearnRate', 0.01, ...                    % 初始学习率
    'LearnRateSchedule', 'piecewise', ...             % 学习率调整
    'LearnRateDropPeriod', 70, ...                   % 训练60次后开始调整学习率
    'LearnRateDropFactor',0.2, ...                    % 学习率调整因子
    'L2Regularization', 0.001, ...                    % 正则化参数
    'ExecutionEnvironment', 'cpu',...                 % 训练环境
    'Verbose', 0, ...                                 % 关闭优化过程
    'Plots', 'training-progress');                    % 画出曲线

%  训练
net = trainNetwork(vp_train, vt_train, layers, options);
%analyzeNetwork(net);% 查看网络结构
%  预测
t_sim5 = predict(net, vp_train); 
t_sim6 = predict(net, vp_test); 

%  数据反归一化
T_sim5 = mapminmax('reverse', t_sim5, ps_output);
T_sim6 = mapminmax('reverse', t_sim6, ps_output);


%  数据格式转换
T_sim5 = cell2mat(T_sim5);% cell2mat将cell元胞数组转换为普通数组
T_sim6 = cell2mat(T_sim6);


% 指标计算
disp('训练集误差指标')
[mae5,rmse5,mape5,r5,error5]=calc_error(T_train1,T_sim5');
fprintf('\n')

disp('测试集误差指标')
[mae6,rmse6,mape6,r6,error6]=calc_error(T_test2,T_sim6');
fprintf('\n')
toc

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