
随着时间序列分析的普及,LSTM 成为了深度学习中最常用的工具之一。它以其优异的性能和对数据的自适应特征提取而闻名。然而,在实际应用中,我们通常需要通过多变量来预测未来时间序列数据。本文将介绍如何使用多变量 LSTM 模型来进行时间序列预测,并且给出一个例子来预测未来一周的气温。
首先,我们需要准备数据集。在本例中,我们将使用包含多个变量的天气数据。这些变量包括温度、湿度、风速、降雨量等。我们将选取最近一年的数据,将其前80%作为训练集,后20%作为测试集。
接下来,我们需要对数据进行归一化处理。由于不同变量之间的值域差异较大,我们需要将其进行缩放到一个相同的范围内。这里我们将使用 Scikit-Learn 库中的MinMaxScaler函数。
from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler
scaler = MinMaxScaler()
train_data = scaler.fit_transform(train_data)
test_data = scaler.transform(test_data)
接下来,我们需要将数据转换成适合 LSTM 模型的格式。在多变量情况下,我们需要将每个时刻的输入向量扩展到包含多个变量。这里我们将以过去 30 天的数据为输入,预测未来一周的气温。
import numpy as np def create_dataset(X, y, time_steps=1):
Xs, ys = [], [] for i in range(len(X) - time_steps):
v = X[i:i + time_steps]
Xs.append(v)
ys.append(y[i + time_steps]) return np.array(Xs), np.array(ys)
TIME_STEPS = 30 X_train, y_train = create_dataset(train_data, train_data[:, 0], TIME_STEPS)
X_test, y_test = create_dataset(test_data, test_data[:, 0], TIME_STEPS)
接下来,我们可以构建 LSTM 模型。在本例中,我们将使用两层 LSTM 和一个全连接层。模型的输入形状应该是(samples, time_steps, features)。
from tensorflow.keras.models import Sequential from tensorflow.keras.layers import Dense, LSTM
model = Sequential([
LSTM(units=64, input_shape=(X_train.shape[1], X_train.shape[2]), return_sequences=True),
LSTM(units=32, return_sequences=False),
Dense(units=1)])
在训练模型之前,我们需要定义损失函数和优化器,并编译模型。
model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='adam')
现在,我们可以开始训练模型。在每个 epoch 后,我们将记录训练集和测试集上的损失值,并可视化它们的变化。
history = model.fit(
X_train, y_train,
epochs=50,
batch_size=16,
validation_split=0.1,
verbose=1,
shuffle=False) import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(history.history['loss'], label='train')
plt.plot(history.history['val_loss'], label='test')
plt.legend()
plt.show()
在模型训练完成后,我们可以对测试集进行预测,并将预测结果与真实值进行比较。
y_pred = model.predict(X_test)
plt.plot(y_test, label='true')
plt.plot(y_pred, label='predicted')
plt.legend()
plt.show()
最后,我们将使用训练好的模型来预测未来一周的气温。首先,我们需要获取最近 30 天的数据,然后使用模型进行预测。每次预测完之后,我们将新的预测值添加到输入序列中,用于下一次的预测。
X_last30
= test_data[-TIME_STEPS:] forecast = [] for i in range(7): y_pred_one = model.predict(X_last30.reshape(1, TIME_STEPS, -1)) forecast.append(y_pred_one[0, 0]) X_last30 = np.vstack((X_last30[1:], y_pred_one))
forecast = scaler.inverse_transform(np.array(forecast).reshape(-1, 1))
以上便是使用多变量 LSTM 进行时间序列预测的整个流程。通过训练模型,我们可以获得对未来数据的预测结果,并且不仅仅考虑了单一变量的影响,而是综合了多个变量的影响。当然,这只是一个简单的例子,实际应用中可能会涉及到更加复杂的数据和模型。
相信读完上文,你对算法已经有了全面认识。若想进一步探索机器学习的前沿知识,强烈推荐机器学习之半监督学习课程。
学习入口:https://edu.cda.cn/goods/show/3826?targetId=6730&preview=0
涵盖核心算法,结合多领域实战案例,还会持续更新,无论是新手入门还是高手进阶都很合适。赶紧点击链接开启学习吧!
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
DSGE 模型中的 Et:理性预期算子的内涵、作用与应用解析 动态随机一般均衡(Dynamic Stochastic General Equilibrium, DSGE)模 ...
2025-09-17Python 提取 TIF 中地名的完整指南 一、先明确:TIF 中的地名有哪两种存在形式? 在开始提取前,需先判断 TIF 文件的类型 —— ...
2025-09-17CDA 数据分析师:解锁表结构数据特征价值的专业核心 表结构数据(以 “行 - 列” 规范存储的结构化数据,如数据库表、Excel 表、 ...
2025-09-17Excel 导入数据含缺失值?详解 dropna 函数的功能与实战应用 在用 Python(如 pandas 库)处理 Excel 数据时,“缺失值” 是高频 ...
2025-09-16深入解析卡方检验与 t 检验:差异、适用场景与实践应用 在数据分析与统计学领域,假设检验是验证研究假设、判断数据差异是否 “ ...
2025-09-16CDA 数据分析师:掌控表格结构数据全功能周期的专业操盘手 表格结构数据(以 “行 - 列” 存储的结构化数据,如 Excel 表、数据 ...
2025-09-16MySQL 执行计划中 rows 数量的准确性解析:原理、影响因素与优化 在 MySQL SQL 调优中,EXPLAIN执行计划是核心工具,而其中的row ...
2025-09-15解析 Python 中 Response 对象的 text 与 content:区别、场景与实践指南 在 Python 进行 HTTP 网络请求开发时(如使用requests ...
2025-09-15CDA 数据分析师:激活表格结构数据价值的核心操盘手 表格结构数据(如 Excel 表格、数据库表)是企业最基础、最核心的数据形态 ...
2025-09-15Python HTTP 请求工具对比:urllib.request 与 requests 的核心差异与选择指南 在 Python 处理 HTTP 请求(如接口调用、数据爬取 ...
2025-09-12解决 pd.read_csv 读取长浮点数据的科学计数法问题 为帮助 Python 数据从业者解决pd.read_csv读取长浮点数据时的科学计数法问题 ...
2025-09-12CDA 数据分析师:业务数据分析步骤的落地者与价值优化者 业务数据分析是企业解决日常运营问题、提升执行效率的核心手段,其价值 ...
2025-09-12用 SQL 验证业务逻辑:从规则拆解到数据把关的实战指南 在业务系统落地过程中,“业务逻辑” 是连接 “需求设计” 与 “用户体验 ...
2025-09-11塔吉特百货孕妇营销案例:数据驱动下的精准零售革命与启示 在零售行业 “流量红利见顶” 的当下,精准营销成为企业突围的核心方 ...
2025-09-11CDA 数据分析师与战略 / 业务数据分析:概念辨析与协同价值 在数据驱动决策的体系中,“战略数据分析”“业务数据分析” 是企业 ...
2025-09-11Excel 数据聚类分析:从操作实践到业务价值挖掘 在数据分析场景中,聚类分析作为 “无监督分组” 的核心工具,能从杂乱数据中挖 ...
2025-09-10统计模型的核心目的:从数据解读到决策支撑的价值导向 统计模型作为数据分析的核心工具,并非简单的 “公式堆砌”,而是围绕特定 ...
2025-09-10CDA 数据分析师:商业数据分析实践的落地者与价值创造者 商业数据分析的价值,最终要在 “实践” 中体现 —— 脱离业务场景的分 ...
2025-09-10机器学习解决实际问题的核心关键:从业务到落地的全流程解析 在人工智能技术落地的浪潮中,机器学习作为核心工具,已广泛应用于 ...
2025-09-09SPSS 编码状态区域中 Unicode 的功能与价值解析 在 SPSS(Statistical Product and Service Solutions,统计产品与服务解决方案 ...
2025-09-09