日元对人民币汇率的大数据分析与预测【完整代码】

import numpy as np

import tensorflow as tf

from tensorflow.contrib import rnn

import matplotlib.pyplot as plt

from tensorflow.contrib.learn.python.learn.estimators.estimator import SKCompat

from matplotlib import style

import pandas as pd

data = pd.read_excel('日元-人民币.xls',header = 0, sheetname='Sheet1')

data.head()

time = data.iloc[:,0].tolist()

data = data.iloc[:,4].tolist()

style.use('ggplot')

plt.figure(figsize=(16,9))

plt.rcParams['font.sans-serif'] = 'SimHei' ##设置字体为SimHei显示中文

plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False ##设置正常显示符号

plt.title('原始数据')

plt.plot(time,data)

plt.show()

def data_processing(raw_data,scale=True):

    if scale == True:

        return (raw_data-np.mean(raw_data))/np.std(raw_data)#标准化

    else:

        return (raw_data-np.min(raw_data))/(np.max(raw_data)-np.min(raw_data))#极差规格化

'''设置隐层神经元个数'''

HIDDEN_SIZE = 32

'''设置隐层层数'''

NUM_LAYERS = 1

'''设置一个时间步中折叠的递归步数'''

TIMESTEPS = 12

'''设置训练轮数'''

TRAINING_STEPS = 2000

'''设置训练批尺寸'''

BATCH_SIZE = 64

def generate_data(seq):

    X = []#初始化输入序列X

    Y= []#初始化输出序列Y

    '''生成连贯的时间序列类型样本集，每一个X内的一行对应指定步长的输入序列，Y内的每一行对应比X滞后一期的目标数值'''

    for i in range(len(seq) - TIMESTEPS - 1):

        X.append([seq[i:i + TIMESTEPS]])#从输入序列第一期出发，等步长连续不间断采样

        Y.append([seq[i + TIMESTEPS]])#对应每个X序列的滞后一期序列值

    return np.array(X, dtype=np.float32), np.array(Y, dtype=np.float32)


'''定义LSTM cell组件，该组件将在训练过程中被不断更新参数'''


def LstmCell():
    lstm_cell = rnn.BasicLSTMCell(HIDDEN_SIZE, state_is_tuple=True)  #

    return lstm_cell


'''定义LSTM模型'''


def lstm_model(X, y):
    '''以前面定义的LSTM cell为基础定义多层堆叠的LSTM，这里只有1层'''

    cell = rnn.MultiRNNCell([LstmCell() for _ in range(NUM_LAYERS)])

    '''将已经堆叠起的LSTM单元转化成动态的可在训练过程中更新的LSTM单元'''

    output, _ = tf.nn.dynamic_rnn(cell, X, dtype=tf.float32)

    '''根据预定义的每层神经元个数来生成隐层每个单元'''

    output = tf.reshape(output, [-1, HIDDEN_SIZE])

    '''通过无激活函数的全连接层计算线性回归，并将数据压缩成一维数组结构'''

    predictions = tf.contrib.layers.fully_connected(output, 1, None)

    '''统一预测值与真实值的形状'''

    labels = tf.reshape(y, [-1])

    predictions = tf.reshape(predictions, [-1])

    '''定义损失函数，这里为正常的均方误差'''

    loss = tf.losses.mean_squared_error(predictions, labels)

    '''定义优化器各参数'''

    train_op = tf.contrib.layers.optimize_loss(loss, tf.contrib.framework.get_global_step(),

                                               optimizer='Adagrad', learning_rate=0.6)

    '''返回预测值、损失函数及优化器'''

    return predictions, loss, train_op


'''载入tf中仿sklearn训练方式的模块'''

learn = tf.contrib.learn

'''初始化LSTM模型，并保存到工作目录下以方便进行增量学习'''

regressor = SKCompat(learn.Estimator(model_fn=lstm_model, model_dir='Models/model_1'))

'''对原数据进行尺度缩放'''

data = data_processing(data)

'''将7000个数据来作为训练样本'''

train_X, train_y = generate_data(data[0:7000])

'''将剩余数据作为测试样本'''

test_X, test_y = generate_data(data[6989:-1])

regressor.fit(train_X, train_y, batch_size=BATCH_SIZE, steps=TRAINING_STEPS)

'''利用已训练好的LSTM模型，来生成对应测试集的所有预测值'''

predicted = np.array([pred for pred in regressor.predict(test_X)])

'''绘制反标准化之前的真实值与预测值对比图'''

plt.plot(predicted, label='预测值')

plt.plot(test_y, label='真实值')

plt.title('反标准化之前')

plt.legend()

plt.show()

'''自定义反标准化函数'''

def scale_inv(raw_data,scale=True):

    '''读入原始数据并转为list'''

    data = pd.read_excel('日元-人民币.xls',header = 0, sheetname='Sheet1')

    data = data.iloc[:, 4].tolist()

    if scale == True:

        return raw_data*np.std(data)+np.mean(data)

    else:

        return raw_data*(np.max(data)-np.min(data))+np.min(data)

sp = scale_inv(predicted)

sy = scale_inv(test_y)

'''绘制反标准化之后的真实值与预测值对比图'''

plt.figure(figsize=(12,8))

plt.plot(sp, label='预测值')

plt.plot(sy, label='真实值')

plt.title('反标准化之后')

plt.legend()

plt.show()

p = plt.figure(figsize=(16, 9))

ax = p.add_subplot(1, 2, 1)

plt.plot(time[7002:-1], sp)

plt.plot(time[0:7000], scale_inv(data[0:7000]))

plt.title('预测图')

ax = p.add_subplot(1, 2, 2)

plt.plot(time, scale_inv(data))

plt.title('原图')

plt.show()

acc_num = 0

for i in range(len(sy)):

    if (abs(sp[i]-sy[i])) < 0.05:

        acc_num += 1

print('准确率为：',acc_num/len(sp))

day=20

l=len(data)

for i in range(day):

    P=[]

    P.append([data[l-TIMESTEPS-1+i:l-1+i]])

    P=np.array(P, dtype=np.float32)

    pre=regressor.predict(P)

    data=np.append(data,pre)

pre=data[len(data)-day:len(data)+1]

print(pre)

#反标准化的值

print(scale_inv(pre))

#预测图

p = plt.figure()

plt.plot(scale_inv(pre))

plt.show()