%% 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
%% 读取数据
res = xlsread('data.xlsx');
%% 分析数据
num_class = length(unique(res(:, end))); % 类别数(Excel最后一列放类别)
num_dim = size(res, 2) - 1; % 特征维度
num_res = size(res, 1); % 样本数(每一行,是一个样本)
num_size = 0.7; % 训练集占数据集的比例
res = res(randperm(num_res), :); % 打乱数据集(不打乱数据时,注释该行)
flag_conusion = 1; % 标志位为1,打开混淆矩阵(要求2018版本及以上)
%% 设置变量存储数据
P_train = []; P_test = [];
T_train = []; T_test = [];
%% 划分数据集
for i = 1 : num_class
mid_res = res((res(:, end) == i), :); % 循环取出不同类别的样本
mid_size = size(mid_res, 1); % 得到不同类别样本个数
mid_tiran = round(num_size * mid_size); % 得到该类别的训练样本个数
P_train = [P_train; mid_res(1: mid_tiran, 1: end - 1)]; % 训练集输入
T_train = [T_train; mid_res(1: mid_tiran, end)]; % 训练集输出
P_test = [P_test; mid_res(mid_tiran + 1: end, 1: end - 1)]; % 测试集输入
T_test = [T_test; mid_res(mid_tiran + 1: end, end)]; % 测试集输出
end
%% 数据转置
P_train = P_train'; P_test = P_test';
T_train = T_train'; T_test = T_test';
%% 得到训练集和测试样本个数
M = size(P_train, 2);
N = size(P_test , 2);
%% 数据归一化
[P_train, ps_input] = mapminmax(P_train, 0, 1);
P_test = mapminmax('apply', P_test, ps_input);
t_train = categorical(T_train)';
t_test = categorical(T_test )';
%% 数据平铺
% 将数据平铺成1维数据只是一种处理方式
% 也可以平铺成2维数据,以及3维数据,需要修改对应模型结构
% 但是应该始终和输入层数据结构保持一致
P_train = double(reshape(P_train, num_dim, 1, 1, M));
P_test = double(reshape(P_test , num_dim, 1, 1, N));
%% 数据格式转换
for i = 1 : M
p_train{i, 1} = P_train(:, :, 1, i);
end
for i = 1 : N
p_test{i, 1} = P_test( :, :, 1, i);
end
%% 建立模型
lgraph = layerGraph(); % 建立空白网络结构
tempLayers = [
sequenceInputLayer([num_dim, 1, 1], "Name", "input") % 建立输入层,输入数据结构为[num_dim, 1, 1]
sequenceFoldingLayer("Name", "seqfold")]; % 建立序列折叠层
lgraph = addLayers(lgraph, tempLayers); % 将上述网络结构加入空白结构中
tempLayers = [
convolution2dLayer([3, 1], 16, "Name", "conv_1", "Padding", "same") % 建立卷积层,卷积核大小[3, 1],16个特征图
reluLayer("Name", "relu_1") % Relu 激活层
convolution2dLayer([3, 1], 32, "Name", "conv_2", "Padding", "same") % 建立卷积层,卷积核大小[3, 1],32个特征图
reluLayer("Name", "relu_2")]; % Relu 激活层
lgraph = addLayers(lgraph, tempLayers); % 将上述网络结构加入空白结构中
numHiddenUnits = 64; % 隐含层神经元个数
tempLayers = [
sequenceUnfoldingLayer("Name", "sequnfold") % 建立序列反折叠层
flattenLayer("Name", "flatten1") % 网络铺平层
gruLayer( numHiddenUnits, 'OutputMode', 'sequence',"Name", "bigru1")% BiGRU层
concatenationLayer(1, 2, "Name", "cat1")
gruLayer( numHiddenUnits, 'OutputMode', 'last', "Name", "bigru3")
concatenationLayer(1, 2, "Name", "cat2")
fullyConnectedLayer(num_class, "Name", "fc") % 全连接层
softmaxLayer("Name", "softmax") % softmax激活层
classificationLayer("Name", "classification")]; % 分类层
lgraph = addLayers(lgraph, tempLayers); % 将上述网络结构加入空白结构中
lgraph = addLayers( lgraph, [
FlipLayer("flip1")
flattenLayer("Name", "flatten2") % 网络铺平层
gruLayer( numHiddenUnits, 'OutputMode', 'sequence',"Name", "bigru2" )
FlipLayer("flip2")] );
lgraph = addLayers(lgraph, [
FlipLayer("flip3")
gruLayer( numHiddenUnits, 'OutputMode', 'last',"Name", "bigru4" )] );
lgraph = connectLayers(lgraph, "seqfold/out", "conv_1"); % 折叠层输出 连接 卷积层输入
lgraph = connectLayers(lgraph, "seqfold/miniBatchSize", "sequnfold/miniBatchSize");
% 折叠层输出连接反折叠层输入
lgraph = connectLayers(lgraph, "relu_2", "sequnfold/in"); % 激活层输出 连接 反折叠层输入
lgraph = connectLayers(lgraph, "input", "flip1");
lgraph = connectLayers(lgraph, "flip2", "cat1/in2");
lgraph = connectLayers(lgraph, "cat1", "flip3");
lgraph = connectLayers(lgraph, "bigru4", "cat2/in2");
%% 参数设置
options = trainingOptions('adam', ... % Adam 梯度下降算法
'MaxEpochs', 500,... % 最大训练次数 1000
'InitialLearnRate', 0.001,... % 初始学习率为0.001
'L2Regularization', 0.001,... % L2正则化参数
'LearnRateSchedule', 'piecewise',... % 学习率下降
'LearnRateDropFactor', 0.1,... % 学习率下降因子 0.1
'LearnRateDropPeriod', 400,... % 经过800次训练后 学习率为 0.001*0.1
'Shuffle', 'every-epoch',... % 每次训练打乱数据集
'ValidationPatience', Inf,... % 关闭验证
'Plots', 'training-progress',... % 画出曲线
'Verbose', false);
%% 训练
net = trainNetwork(p_train, t_train, lgraph, options);
%% 预测
t_sim1 = predict(net, p_train);
t_sim2 = predict(net, p_test );
%% 反归一化
T_sim1 = vec2ind(t_sim1');
T_sim2 = vec2ind(t_sim2');
%% 混淆矩阵
figure
cm = confusionchart(T_train, T_sim1);
cm.Title = 'Confusion Matrix for Train Data';
cm.ColumnSummary = 'column-normalized';
cm.RowSummary = 'row-normalized';
figure
cm = confusionchart(T_test, T_sim2);
cm.Title = 'Confusion Matrix for Test Data';
cm.ColumnSummary = 'column-normalized';
cm.RowSummary = 'row-normalized';
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基于卷积神经网络-双向门控循环单元(CNN-BIGRU)分类预测,多特征输入二分类及多分类模型(Matlab完整源码和数据)
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2023-05-07
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基于卷积神经网络-双向门控循环单元(CNN-BIGRU)分类预测,多特征输入二分类及多分类模型(Matlab完整源码和数据)。 基于卷积神经网络-双向门控循环单元(CNN-BIGRU)分类预测,多特征输入二分类及多分类模型(Matlab完整源码和数据)。 运行环境Matlab2020及以上。
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