基于贝叶斯(bayes)优化门控循环单元bayes-GRU时间序列预测，多变量输入模型 优化参数为学习率，隐藏层节点个数，正

%% 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 f = xlsread('windspeed.xls','Sheet1','B2:B1001'); [x,y]=data_process(f,12); %步长为12 n=size(x,1); m=round(n*0.7); %前70%训练，对最后30%进行预测 P_train=x(1:m,:)'; T_train=y(1:m,:)'; P_test=x(m+1:end,:)'; T_test=y(m+1:end,:)'; f_ = size(P_train,1); % 输入特征维度 outdim = 1; % 最后一列为输出 %% 划分训练集和测试集 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, ps_output] = mapminmax(T_train, 0, 1); t_test = mapminmax('apply', T_test, ps_output); %% 格式转换 for i = 1 : M vp_train{i, 1} = p_train(:, i); vt_train{i, 1} = t_train(:, i); end for i = 1 : N vp_test{i, 1} = p_test(:, i); vt_test{i, 1} = t_test(:, i); end %% 创建待优化函数 ObjFcn = @CostFunction; %% 贝叶斯优化参数范围 optimVars = [ optimizableVariable('NumOfUnits', [10, 50], 'Type', 'integer') optimizableVariable('InitialLearnRate', [1e-3, 1], 'Transform', 'log') optimizableVariable('L2Regularization', [1e-10, 1e-2], 'Transform', 'log')]; %% 贝叶斯优化网络参数 BayesObject = bayesopt(ObjFcn, optimVars, ... % 优化函数，和参数范围 'MaxTime', Inf, ... % 优化时间（不限制） 'IsObjectiveDeterministic', false, ... 'MaxObjectiveEvaluations', 10, ... % 最大迭代次数 'Verbose', 1, ... % 显示优化过程 'UseParallel', false); %% 得到最优参数 NumOfUnits = BayesObject.XAtMinEstimatedObjective.NumOfUnits; % 最佳隐藏层节点数 InitialLearnRate = BayesObject.XAtMinEstimatedObjective.InitialLearnRate; % 最佳初始学习率 L2Regularization = BayesObject.XAtMinEstimatedObjective.L2Regularization; % 最佳L2正则化系数 %% 创建网络， layers = [ ... sequenceInputLayer(f_) % 输入层 gruLayer(NumOfUnits) % GRU层 reluLayer % Relu激活层 fullyConnectedLayer(outdim) % 回归层 regressionLayer]; % 参数设置 options = trainingOptions('adam', ... % 优化算法Adam 'MaxEpochs', 500, ... % 最大训练次数 'GradientThreshold', 1, ... % 梯度阈值 'InitialLearnRate', InitialLearnRate, ... % 初始学习率 'LearnRateSchedule', 'piecewise', ... % 学习率调整 'LearnRateDropPeriod', 400, ... % 训练700次后开始调整学习率 'LearnRateDropFactor', 0.1, ... % 学习率调整因子 'L2Regularization', L2Regularization, ... % 正则化参数 'ExecutionEnvironment', 'auto', ... % 训练环境 'Verbose', 0, ... % 关闭优化过程 'Plots', 'training-progress'); % 画出曲线 %% 训练模型 net = trainNetwork(vp_train, vt_train, layers, options); %% 仿真预测 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); %% 数据格式转换 T_sim1 = cell2mat(T_sim1'); T_sim2 = cell2mat(T_sim2'); T_sim1=double(T_sim1); T_sim2=double(T_sim2); %% 测试集结果 figure; plotregression(T_test,T_sim2,['回归图']); figure; ploterrhist(T_test-T_sim2,['误差直方图']); %% 均方根误差 RMSE error1 = sqrt(sum((T_sim1 - T_train).^2)./M); error2 = sqrt(sum((T_test - T_sim2).^2)./N); %% %决定系数 R1 = 1 - norm(T_train - T_sim1)^2 / norm(T_train - mean(T_train))^2; R2 = 1 - norm(T_test - T_sim2)^2 / norm(T_test - mean(T_test ))^2; %% %均方误差 MSE mse1 = sum((T_sim1 - T_train).^2)./M; mse2 = sum((T_sim2 - T_test).^2)./N; %% %RPD 剩余预测残差 SE1=std(T_sim1-T_train); RPD1=std(T_train)/SE1; SE=std(T_sim2-T_test); RPD2=std(T_test)/SE; %% 平均绝对误差MAE MAE1 = mean(abs(T_train - T_sim1)); MAE2 = mean(abs(T_test - T_sim2)); %% 平均绝对百分比误差MAPE MAPE1 = mean(abs((T_train - T_sim1)./T_train)); MAPE2 = mean(abs((T_test - T_sim2)./T_test)); %% 训练集绘图 figure %plot(1:M,T_train,'r-*',1:M,T_sim1,'b-o','LineWidth',1) plot(1:M,T_train,'r-',1:M,T_sim1,'b-','LineWidth',1.5) legend('真实值','Bayes-GRU预测值') xlabel('预测样本') ylabel('预测结果') string={'训练集预测结果对比';['(R^2 =' num2str(R1) ' RMSE= ' num2str(error1) ' MSE= ' num2str(mse1) ' RPD= ' num2str(RPD1) ')' ]}; title(string) %% 预测集绘图 figure plot(1:N,T_test,'r-',1:N,T_sim2,'b-','LineWidth',1.5) legend('真实值','Bayes-GRU预测值') xlabel('预测样本') ylabel('预测结果') string={'测试集预测结果对比';['(R^2 =' num2str(R2) ' RMSE= ' num2str(error2) ' MSE= ' num2str(mse2) ' RPD= ' num2str(RPD2) ')']}; title(string) %% 测试集误差图 figure ERROR3=T_test-T_sim2; plot(T_test-T_sim2,'b-*','LineWidth',1.5) xlabel('测试集样本编号') ylabel('预测误差') title('测试集预测误差') grid on; legend('Bayes-GRU预测输出误差') %% 打印出评价指标 disp(['-----------------------误差计算--------------------------']) disp(['评价结果如下所示：']) disp(['平均绝对误差MAE为：',num2str(MAE2)]) disp(['均方误差MSE为： ',num2str(mse2)]) disp(['均方根误差RMSEP为： ',num2str(error2)]) disp(['决定系数R^2为： ',num2str(R2)]) disp(['剩余预测残差RPD为： ',num2str(RPD2)]) disp(['平均绝对百分比误差MAPE为： ',num2str(MAPE2)]) grid